Interfacial-energy-driven ferropericlase rounding leads to bridgmanite-controlled viscosity in the Earth’s lower mantle
Les preuves expérimentales montrant que l'arrondissement des grains de ferropériclase induit par l'énergie interfaciale se produit plus rapidement que l'élongation induite par l'écoulement du manteau indiquent que la viscosité du manteau inférieur de la Terre est contrôlée par la phase plus forte de la bridgmanite, ce qui la rend des ordres de grandeur plus élevée que ce qui avait été hypothéqué précédemment.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète
Bien en dessous de nos pieds, bien au-delà de la portée de n'importe quel forage, se trouve le manteau inférieur de la Terre. C'est un vaste océan de roche surchauffée qui s'écoule incroyablement lentement sur des millions d'années, agissant comme le moteur interne de la planète. Ce brassage au ralenti déplace la chaleur du noyau vers la surface et entraîne les plaques tectoniques, façonnant nos continents et alimentant les volcans. Pour comprendre comment ce moteur fonctionne, les scientifiques doivent savoir à quel point cette roche est « épaisse » ou « collante » — une propriété appelée viscosité. Si la roche est très épaisse, elle résiste au mouvement ; si elle est mince, elle s'écoule facilement. Le manteau inférieur est principalement composé de deux minéraux : l'un dur et rigide appelé bridgmanite, et l'autre plus mou et plus faible appelé ferropericlase. Pendant longtemps, les scientifiques ont débattu pour savoir si l'ensemble du système s'écoule comme le minéral rigide ou si le minéral mou crée des autoroutes glissantes et fragiles qui permettent à l'ensemble de glisser facilement. Cette question est cruciale car la réponse modifie la façon dont nous imaginons l'histoire de la Terre, la vitesse à laquelle la chaleur s'échappe, et pourquoi certaines plaques tectoniques cessent de descendre tandis que d'autres plongent jusqu'au noyau.
Une équipe de chercheurs a maintenant porté un nouveau regard sur ce débat en étudiant comment le minéral mou se comporte lorsqu'il est étiré. Imaginez que vous avez un morceau de taffy collant (le minéral mou) piégé à l'intérieur d'un bloc d'argile dure et rigide (le minéral rigide). Si vous tirez sur l'argile, le taffy s'étire en longs filaments fins. Par le passé, les scientifiques pensaient qu'au cours de la longue histoire de la Terre, ces filaments s'étireraient tellement qu'ils finiraient par se connecter pour former un réseau continu et glissant, faisant circuler la roche beaucoup plus rapidement. Cependant, cette nouvelle étude suggère que la nature possède un mécanisme d'« autocorrection » intégré. Tout comme un élastique étiré veut reprendre sa forme ou qu'une goutte d'eau veut devenir une sphère parfaite pour économiser de l'énergie, le taffy étiré veut se recroqueviller pour redevenir une boule ronde. Les chercheurs ont découvert que ce « réarrondissement » se produit si vite que le taffy n'a jamais la chance de former ces longues autoroutes glissantes. Au lieu de cela, la roche reste rigide, contrôlée par l'argile dure, et non par le taffy mou.
L'équipe, dirigée par Amrita Chakraborti et ses collègues, a testé cette idée en créant de minuscules échantillons de ces deux minéraux dans une machine à haute pression qui imite le poids écrasant et la chaleur brûlante des profondeurs de la Terre (27 gigapascals et des températures atteignant 2000 Kelvin). Ils ont d'abord écrasé les échantillons pour étirer les grains de ferropericlase mous en formes longues et fines, tout comme le flux de la Terre le ferait sur des millions d'années. Ensuite, ils ont maintenu les échantillons à haute température et haute pression pour voir ce qui se passerait ensuite. Ils ont observé attentivement pour voir si les grains étirés restaient longs ou s'ils se recroquevillaient pour reprendre une forme ronde.
Les résultats ont été clairs : les grains étirés se sont arrondis incroyablement vite. Les chercheurs ont mesuré la vitesse à laquelle ce « réarrondissement » se produisait par rapport à la vitesse à laquelle le flux de la Terre les étirerait. Ils ont constaté que même avec des estimations très prudentes, le processus de réarrondissement est beaucoup plus rapide que le processus d'étirement. Avant même que les grains ne puissent potentiellement s'étirer suffisamment pour se connecter et former une couche fragile, ils s'étaient déjà recroquevillés pour redevenir des sphères presque parfaites. En fait, les grains n'avaient besoin de s'étirer qu'un tout petit peu — environ 1 % de plus que leur largeur — avant que la force de réarrondissement ne prenne le dessus et les empêche de s'étirer davantage.
Cette découverte suggère que le modèle de la « Couche Faible Interconnectée », qui prédit que le manteau inférieur est beaucoup plus faible et circule plus vite, est probablement incorrect. Au lieu de cela, l'étude soutient le modèle de la « Structure Porteuse », où le bridgmanite rigide maintient la structure et contrôle le flux. Les auteurs suggèrent que, puisque les grains mous ne peuvent pas rester étirés, la viscosité effective (la collante) du manteau inférieur est probablement beaucoup plus élevée que ce que l'on pensait auparavant, se rapprochant de celle du bridgmanite rigide. Cela implique que le manteau inférieur de la Terre est un environnement beaucoup plus lent et résistant que ce que proposaient certaines théories antérieures. Bien que les chercheurs notent qu'ils doivent encore confirmer comment la pression affecte ce réarrondissement à des niveaux encore plus profonds, leurs expériences fournissent des preuves solides que l'énergie de surface agit comme un puissant frein, empêchant les minéraux mous de créer les raccourcis glissants qui accéléreraient le moteur interne de la Terre.
Noyé(e) sous les articles dans votre domaine ?
Recevez des digests quotidiens des articles les plus récents correspondant à vos mots-clés de recherche — avec des résumés techniques, dans votre langue.