Que contient le noyau terrestre ?

(Dan Tri) - Le noyau solide de la Terre n'est pas seulement composé de fer, mais contient également du carbone, de l'oxygène et du silicium. Cette découverte ouvre la voie au mystère séculaire de la formation et du maintien du champ magnétique qui protège la vie.

Le noyau terrestre n'est peut-être pas uniquement composé de fer, mais il semble également contenir du carbone. De nouvelles recherches ont révélé qu'il contient également de l'oxygène et du silicium (photo : Getty Images).

Le noyau riche en fer, situé au centre de la Terre, joue un rôle essentiel dans l'évolution de la planète. Il alimente non seulement le champ magnétique – le bouclier qui protège l'atmosphère et les océans du rayonnement solaire – mais aussi la tectonique des plaques, remodelant constamment les continents.

Malgré son importance, de nombreuses propriétés fondamentales du noyau demeurent mystérieuses : quelle est sa température, de quoi est-il composé et quand a-t-il commencé à geler ? Une découverte récente permet aux scientifiques de mieux comprendre ces trois questions.

La température du noyau interne est estimée à environ 5 000 kelvins (4 727 °C). Initialement liquide, le noyau se refroidit progressivement, cristallisant son intérieur solide et se dilatant vers l'extérieur. Ce dégagement de chaleur crée des courants tectoniques de plaques.

Le refroidissement est également à l'origine du champ magnétique terrestre. Une grande partie de l'énergie magnétique actuelle est maintenue par la congélation du noyau externe liquide, qui alimente le noyau central solide.

Cependant, sans accès direct, les scientifiques sont contraints de se fier à des estimations pour comprendre le mécanisme de refroidissement et les propriétés du noyau. Pour clarifier cela, le facteur le plus important est la détermination de sa température de fusion.

Grâce à la sismologie – l'étude des ondes sismiques – nous connaissons précisément la limite entre les noyaux solide et liquide. La température à cette limite correspond également au point de fusion, point où la congélation commence.

Par conséquent, si la température de fusion peut être déterminée avec précision, les gens auront une meilleure compréhension de la véritable température du noyau et de la composition chimique à l’intérieur.

Chimie mystérieuse

Il existe deux approches principales pour comprendre la composition du noyau terrestre : l’étude des météorites et l’analyse des données sismiques.

Les météorites sont considérées comme les « restes » de planètes non encore formées ou des fragments du noyau de planètes détruites. Leur composition chimique suggère que le noyau terrestre est principalement composé de fer et de nickel, éventuellement mélangés à quelques pourcents de silicium ou de soufre. Cependant, ces données sont préliminaires et insuffisamment détaillées pour être définitives.

La sismologie, quant à elle, offre une vision beaucoup plus détaillée. Les ondes sismiques issues des tremblements de terre se propagent à travers la Terre à des vitesses différentes selon le matériau traversé. En comparant les temps d'arrivée des ondes aux stations de mesure avec les résultats expérimentaux de la vitesse de propagation dans les minéraux et les métaux, les scientifiques peuvent construire des modèles de l'intérieur de la planète.

Les résultats ont montré que le noyau terrestre est environ 10 % plus léger que le fer pur. En particulier, le noyau externe liquide est plus dense que le noyau interne solide – un paradoxe qui ne peut s'expliquer que par la présence de quelques éléments mineurs.

Mais même si l'éventail des compositions possibles est réduit, l'énigme reste entière. Différents scénarios produisent des températures de fusion qui diffèrent de plusieurs centaines de degrés Celsius, ce qui rend difficile l'identification précise des propriétés du noyau.

Une nouvelle restriction

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé la physique minérale pour comprendre comment le noyau terrestre a commencé à geler, une approche plus spécifique que la météorologie et la sismologie.

Des simulations montrent que lorsque les atomes d'un métal liquide cristallisent en un solide, chaque alliage nécessite un niveau différent de « surfusion », c'est-à-dire un abaissement en dessous de son point de fusion. Plus le processus est intense, plus le liquide risque de geler.

Par exemple, l’eau dans un congélateur peut être surfondue à -5 °C pendant des heures avant de geler, tandis que les gouttelettes d’eau dans les nuages ​​peuvent se transformer en grêle après seulement quelques minutes à -30 °C.

Les calculs suggèrent que la surfusion maximale du noyau se situe à environ 420 °C en dessous de son point de fusion. Si cette valeur était dépassée, le noyau interne serait anormalement grand par rapport aux données sismiques. Par ailleurs, le fer pur aurait besoin de 1 000 °C pour cristalliser, ce qui est impossible car le noyau entier se serait solidifié.

L’ajout de silicium ou de soufre n’aide pas non plus et peut même surrefroidir davantage le noyau.

Ce n'est qu'en considérant le carbone que le tableau devient pertinent. Si 2,4 % de la masse du noyau est constituée de carbone, il faudrait environ 420 °C pour geler le noyau interne ; avec 3,8 % de carbone, la température chute à 266 °C. Un chiffre beaucoup plus plausible. C'est la première preuve que le carbone joue un rôle significatif dans la cristallisation du noyau.

Le noyau, cependant, ne peut pas être composé uniquement de fer et de carbone, car les données sismiques nécessitent au moins un autre élément. Les recherches suggèrent que le noyau pourrait également contenir de l'oxygène, et même du silicium.

Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm