BOSTON - Les vastes océans magmatiques de la Terre, qui s'enfoncent profondément sous nos pieds, semblent pomper de l'oxygène dans le noyau liquide de la planète. Et cet oxygène façonne les tremblements de terre et les volcans partout sur notre planète.
C'est la conclusion d'un corpus de recherches du physicien de l'University College de Londres, Dario Alfe, présenté mardi 5 mars à la réunion de mars de l'American Physical Society. Bien qu'il soit impossible d'observer directement l'oxygène dans le cœur de la Terre - des milliers de kilomètres de roches chaudes entravent cette vue - Alfe et ses collaborateurs ont utilisé une combinaison de données sismologiques, de chimie et de connaissances sur l'histoire ancienne de notre système solaire pour tirer leurs conclusions.
La principale preuve que quelque chose comme l'oxygène se cache dans le noyau de fer? Tremblements de terre. Les grondements que nous ressentons à la surface sont le résultat d'ondes qui se déplacent sur toute notre planète. Et le comportement de ces ondes offre des indices sur le contenu de la Terre - presque comme une échographie de la planète entière.
Lorsque les ondes sismiques rebondissent sur le cœur et reviennent à la surface, leur forme indique que le cœur extérieur en fer liquide est nettement moins dense que le cœur en fer solide sous pression à l'intérieur. Et cette différence de densité a un impact sur la forme des tremblements de terre et le comportement des volcans à la surface. Mais ce n'est pas ainsi que le fer pur devrait se comporter, a déclaré Alfe à Live Science après son discours.
"Si le noyau était en fer pur, le contraste de densité entre le noyau interne solide et le liquide devrait être de l'ordre de 1,5%", a-t-il déclaré. "Mais la sismologie nous dit que c'est plus comme 5%."
En d'autres termes, le noyau externe est moins dense qu'il ne devrait l'être, ce qui suggère qu'il y a un élément non ferreux mélangé, ce qui le rend plus léger.
Cela soulève donc la question: pourquoi l'élément le plus léger serait-il mélangé avec le noyau externe mais pas le noyau interne solide?
Lorsque les atomes sont à l'état liquide, ils s'écoulent librement les uns sur les autres, ce qui permet à un mélange de différents éléments de coexister, même dans l'environnement extrême de la Terre intérieure, a déclaré Alfe. Mais comme les pressions extrêmes forcent le noyau interne à un état solide, les atomes y forment un réseau plus rigide de liaisons chimiques. Et cette structure plus stricte n'adapte pas aussi facilement aux éléments étrangers. Au fur et à mesure que le noyau solide se formait, il aurait craché des atomes d'oxygène et d'autres impuretés dans son environnement liquide comme du dentifrice jaillissant d'un tube pressé.
"Vous voyez un effet similaire dans les icebergs", a-t-il déclaré.
Lorsque l'eau salée dans l'océan gèle, elle expulse ses impuretés. Les icebergs finissent donc par former des morceaux d'eau douce solide flottant au-dessus de l'océan riche en sodium.
Il n'y a aucune preuve directe que l'élément le plus léger dans le noyau liquide est l'oxygène, a déclaré Alfe. Mais notre planète s'est formée à partir des nuages de poussière du premier système solaire, et nous savons quels éléments y étaient présents.
L'équipe de recherche a exclu d'autres éléments, comme le silicium, qui pourraient théoriquement être présents dans le noyau en fonction de la composition de ce nuage, mais n'expliquent pas l'effet observé. L'oxygène a été laissé comme le candidat le plus probable, a-t-il déclaré.
De plus, les niveaux d'oxygène théoriquement présents dans le cœur semblent inférieurs à ce que la chimie prédirait sur la base de la teneur en oxygène du manteau. Cela suggère que davantage d'oxygène est probablement chimiquement pompé dans le noyau externe, même aujourd'hui, à partir du manteau plus riche en oxygène qui l'entoure.
Lorsqu'on lui a demandé à quoi ressemble l'oxygène dans le noyau, Alfe a dit de ne pas imaginer de bulles ou même la rouille qui se forme lorsque le fer se lie directement à l'oxygène. Au lieu de cela, à ces températures et pressions, les atomes d'oxygène flotteraient librement parmi les atomes de fer, créant des amas flottants de fer liquide.
"Si vous prenez une parcelle de liquide qui a 90 atomes de fer et 10 atomes d'oxygène, cette parcelle sera moins dense qu'une parcelle de fer pur", et ainsi elle flottera, a déclaré Alfe.
Pour aider à confirmer ces résultats, Alfe a dit qu'il attend avec impatience les résultats des efforts pour mesurer les neutrinos formés sur notre planète et rayonnant vers la surface. Bien que les "géoneutrinos" soient très rares, a-t-il dit, ils peuvent offrir beaucoup d'informations sur ce qui se passe spécifiquement sur la planète lorsqu'ils se présentent.
Mais sans aucun moyen d'accéder directement au cœur, les physiciens seront toujours coincés à faire leurs meilleurs jugements possibles sur sa composition à partir de données secondaires limitées.
