Une nouvelle échelle de pression a été déterminée à l’aide de rayons X avancés au centre SPring-8 de RIKEN. Il a été constaté que l’ancienne échelle surestimait la pression de 20 % aux niveaux trouvés dans le noyau terrestre. Les implications de cette nouvelle échelle sont vastes, avec des révélations selon lesquelles le noyau interne contient environ le double de la matière lumineuse que l’on pensait auparavant.
Les chercheurs dévoilent une échelle de pression plus précise utilisant des rayons X avancés, révélant que le noyau interne de la Terre contient deux fois plus de matière légère que celle estimée précédemment. Leur méthodologie offre un chemin plus simple pour les futures mesures de pression.
Dans une recherche publiée le 8 septembre dans la revue Avancées scientifiquesune équipe de scientifiques a déterminé une nouvelle échelle de pression, essentielle pour comprendre la composition de la Terre.
Utilisation des rayons X d’un spectromètre particulièrement puissant chez RIKEN Printemps-8 Center, ils ont évité certaines des grandes approximations des travaux précédents, découvrant que l’échelle précédente surestimait la pression de plus de 20 % à 230 gigapascals (2,3 millions d’atmosphères) – une pression atteinte dans le noyau terrestre. C’est comme si quelqu’un courait un marathon qu’il pensait parcourir 42 kilomètres, mais découvrait qu’il n’avait réellement couru que 34 kilomètres. Même si une correction de 20 % peut sembler modeste, elle a de grandes implications.
Implications pour la composition de la Terre
Une échelle de pression précise est essentielle pour comprendre la composition de la Terre. En particulier, la composition du noyau fait l’objet de vifs débats car elle est importante à la fois pour comprendre notre planète actuelle et pour comprendre l’évolution du système solaire dans un passé lointain.
Bien qu’il soit généralement admis que le noyau est principalement constitué de fer, les preuves issues du suivi de la propagation des ondes sismiques provoquées par les tremblements de terre suggèrent que le noyau contient également des matériaux plus légers.
Lorsque la nouvelle échelle a été utilisée pour interpréter le modèle sismologique, l’équipe a constaté que la quantité de matière légère dans le noyau interne était environ le double de ce qui était prévu auparavant, et qu’en fait, la masse totale de matière légère dans l’ensemble du noyau est probablement cinq fois supérieure. ou plus encore, celle de la croûte terrestre – la couche sur laquelle nous vivons.
Méthodologie de recherche
Dans le nouveau travail, l’équipe, dirigée par Alfred QR Baron du Centre RIKEN SPring-8, et Daijo Ikuta et Eiji Ohtani de l’Université de Tohoku, a utilisé la diffusion inélastique des rayons X (IXS) pour mesurer la vitesse du son d’un échantillon de rhénium sous pression. Un minuscule échantillon de rhénium (<0,000000001 gramme = 1 nanogramme) a été soumis à une pression extrême en l'écrasant entre deux cristaux de diamant dans une cellule à enclume de diamant (DAC).
La cellule a été placée dans le grand spectromètre IXS du BL43LXU (figure 2) et de petits changements (~ 1 ppm) dans l’énergie des rayons X diffusés par le rhénium ont été soigneusement mesurés, permettant aux chercheurs de déterminer la vitesse du son du rhénium. .
Ils ont déterminé à la fois les vitesses du son de compression/longitudinale et de cisaillement/transversal, ainsi que la densité du rhénium. Cela a permis aux chercheurs de déterminer la pression à laquelle le rhénium était soumis.
Densité du rhénium comme indicateur de pression
La nouvelle étude établit une relation directe entre la densité et la pression du rhénium. Baron déclare : « La densité du rhénium à haute pression est simple et rapide à mesurer, et il existe de nombreuses installations dans le monde où de telles mesures peuvent être effectuées. Cependant, mesurer la vitesse du son est beaucoup plus difficile et, à ces pressions, n’est probablement possible qu’en pratique en utilisant le spectromètre RIKEN au BL43LXU de SPring-8.
L’équipe a fait le gros du travail pour que d’autres scientifiques puissent désormais utiliser une densité beaucoup plus facile à mesurer pour déterminer la pression.
Comme le disent Ikuta, Ohtani et Baron : « Lorsque nous avons utilisé notre nouvelle échelle pour interpréter le comportement du fer métallique sous haute pression et l’avons comparé au modèle sismique de la Terre, nous avons découvert que le matériau léger caché dans le noyau interne est probablement environ le double de ce qui était prévu auparavant. Des changements similaires, peut-être même plus importants, peuvent être attendus en considérant la structure d’autres planètes. Nos travaux suggèrent également une réévaluation de la dépendance à la pression de presque toutes les propriétés des matériaux qui ont été mesurées à des pressions similaires ou supérieures à celle du noyau terrestre.
