La Terre a peut-être livré ses secrets les plus secrets à une paire de géochimistes californiens, qui ont utilisé de vastes simulations informatiques pour reconstituer la première histoire du cœur de notre planète.
Ce schéma de la croûte terrestre et du manteau montre les résultats de leur étude, qui a révélé que des pressions extrêmes auraient concentré les isotopes les plus lourds du fer près du bas du manteau alors qu'il se cristallisait dans un océan de magma.
En utilisant un super-ordinateur pour presser et chauffer virtuellement les minéraux contenant du fer dans des conditions qui auraient existé lorsque la Terre aurait cristallisé d'un océan de magma à sa forme solide il y a 4,5 milliards d'années, les deux scientifiques - de l'Université de Californie à Davis - ont produit la première image de la répartition initiale des différents isotopes du fer dans la Terre solide.
Cette découverte pourrait ouvrir la voie à une vague d'investigations sur l'évolution du manteau terrestre, une couche de matériau d'environ 1 800 miles de profondeur qui s'étend de juste sous la croûte mince de la planète jusqu'à son noyau métallique.
"Maintenant que nous avons une idée de la façon dont ces isotopes du fer étaient à l'origine distribués sur Terre", a déclaré James Rustad, auteur principal de l'étude, "nous devrions être en mesure d'utiliser les isotopes pour tracer le fonctionnement interne du moteur de la Terre."
Un article décrivant l'étude de Rustad et du co-auteur Qing-zhu Yin a été publié en ligne par la revueGéoscience de la nature le dimanche 14 juin, avant la publication imprimée en juillet.
Pris en sandwich entre la croûte et le cœur de la Terre, le vaste manteau représente environ 85% du volume de la planète. À l'échelle du temps humain, cette immense portion de notre orbe semble solide. Mais pendant des millions d'années, la chaleur du noyau fondu et la propre désintégration radioactive du manteau le font lentement baratter, comme une soupe épaisse sur une flamme basse. Cette circulation est la force motrice derrière le mouvement de surface des plaques tectoniques, qui construit des montagnes et provoque des tremblements de terre.
Les quatre formes stables, ou isotopes, du fer que l'on peut trouver dans les roches qui ont remonté à la surface de la Terre sur les crêtes du milieu de l'océan où se produit la propagation du fond marin et dans les points chauds, constituent une source d'informations permettant de mieux comprendre la physique de cette masse visqueuse. comme les volcans d'Hawaï qui traversent la croûte terrestre. Les géologues soupçonnent que certains de ces matériaux proviennent de la frontière entre le manteau et le noyau à environ 1 800 milles sous la surface.
"Les géologues utilisent des isotopes pour suivre les processus physico-chimiques dans la nature comme les biologistes utilisent l'ADN pour suivre l'évolution de la vie", a déclaré Yin.
Parce que la composition des isotopes de fer dans les roches variera en fonction des conditions de pression et de température dans lesquelles une roche a été créée, Yin a déclaré qu'en principe, les géologues pourraient utiliser des isotopes de fer dans des roches collectées dans des points chauds du monde entier pour suivre l'histoire géologique du manteau. . Mais pour ce faire, ils devaient d'abord savoir comment les isotopes étaient à l'origine distribués dans l'océan magma primordial de la Terre quand il se refroidissait et se durcissait.
Yin et Rustad ont étudié comment les effets concurrents de la pression et de la température extrêmes profondes à l'intérieur de la Terre auraient affecté les minéraux dans le manteau inférieur, la zone qui s'étend d'environ 400 miles sous la croûte de la planète jusqu'à la frontière noyau-manteau. Des températures allant jusqu'à 4500 degrés Kelvin dans la région réduisent les différences isotopiques entre les minéraux à un niveau infime, tandis que les pressions d'écrasement ont tendance à modifier la forme de base de l'atome de fer lui-même, un phénomène connu sous le nom de transition électronique de spin.
La paire a calculé la composition isotopique du fer de deux minéraux sous une gamme de températures, de pressions et de différents états de spin électroniques qui sont maintenant connus pour se produire dans le manteau inférieur. Les deux minéraux, la ferroperovskite et la ferropéricase, contiennent pratiquement tout le fer qui se trouve dans cette partie profonde de la Terre.
Les calculs étaient si complexes que chaque série que Rustad et Yin parcouraient l'ordinateur nécessitait un mois.
Yin et Rustad ont déterminé que des pressions extrêmes auraient concentré les isotopes les plus lourds du fer près du fond du manteau cristallisant.
Les chercheurs prévoient de documenter la variation des isotopes du fer dans les produits chimiques purs soumis à des températures et des pressions en laboratoire équivalentes à celles trouvées à la frontière cœur-manteau. Finalement, a déclaré Yin, ils espèrent voir leurs prédictions théoriques vérifiées dans des échantillons géologiques générés à partir du manteau inférieur.
La source: Eurekalert
