Un groupe de recherche collaboratif a réussi, pour la première fois, à mesurer la vitesse du son du fer pur sous des pressions similaires à la limite interne du noyau terrestre.
C’est peut-être surprenant, mais nous n’avons pas beaucoup d’informations sur le centre de la planète sur laquelle nous vivons. On peut creuser quelques kilomètres, et les volcans et la tectonique des plaques peuvent remonter des matériaux à des profondeurs de quelques centaines de kilomètres, mais ce qui se trouve en dessous, jusqu’au centre de la Terre, à quelque 6 000 km sous nos pieds, n’est pas bien compris.
Il est généralement admis que le noyau situé à quelque 3 000 km au-dessous de nous est principalement composé de fer : une mer de fer liquide, le noyau externe, autour d’un noyau interne de fer solide. Les meilleures informations dont nous disposons proviennent du suivi de la progression des ondes sismiques des tremblements de terre, au fur et à mesure qu’elles se propagent à travers la planète. Cela nous indique la densité et la vitesse du son. Mais ces valeurs ne correspondent pas exactement à ce que les gens attendent du fer pur ; il doit y avoir quelque chose d’autre présent dans le noyau. La nature de ce matériau et sa quantité potentielle sont des domaines d’investigation actifs car ils ont des implications pour la compréhension des propriétés actuelles de la Terre et de l’évolution du système solaire.
De nombreuses équipes de recherche tentent de recréer les conditions du centre de la Terre dans leurs laboratoires. Mais cela est difficile, nécessitant de maintenir les matériaux sous une pression extrême, des millions d’atmosphères et des températures extrêmes, similaires à la surface du soleil, tout en effectuant des mesures sensibles.
La collaboration entre l’Université de Tohoku, le Centre RIKEN SPring-8, l’Université d’Ehime et l’Institut japonais de recherche sur le rayonnement synchrotron a réussi, pour la première fois, à mesurer la vitesse du son du fer pur sous des pressions similaires à la limite du noyau interne de la Terre, 330 GPa (la pression si l’on supportait 33 000 tonnes métriques sur une surface de 1mm×1mm).
Après des années de travail, les chercheurs ont réussi à combiner efficacement la technologie des cellules à enclumes en diamant – quelque chose utilisé pour générer des pressions élevées mais qui nécessite des compétences considérables pour atteindre des pressions comparables au noyau terrestre – avec une technique de diffusion des rayons X connue sous le nom de rayons X inélastiques. diffusion. Cette technique permet aux scientifiques d’observer les mouvements atomiques dans les matériaux à l’aide de rayons X et est la seule méthode pour mesurer avec précision la vitesse du son des métaux sous compression statique dans une cellule à enclume en diamant. Cela a été fait dans l’installation de pointe du RIKEN pour la diffusion inélastique des rayons X, la ligne de faisceau Quantum NanoDynamics à SPring-8 dans la préfecture de Hyogo.
Les chercheurs ont montré que la vitesse du son du noyau interne déterminée à partir d’études sismologiques est 4 ± 2% plus lente en vitesse de compression et 36 ± 17% plus lente en vitesse de cisaillement que celle du fer métallique.
La combinaison du nouveau résultat avec des travaux antérieurs suggère que le noyau de la Terre pourrait être enrichi en silicium et en soufre conformément au modèle de noyau externe existant avec de l’oxygène, car la croissance du noyau interne peut avoir créé un enrichissement séculaire en oxygène dans le noyau externe.
Les détails des recherches du groupe ont été publiés dans la revue Communication Nature le 25 novembre 2022.
Plus d’information:
Daijo Ikuta et al, Vitesse du son du fer hexagonal compact à la pression du noyau interne de la Terre, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-34789-2