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Une relique d'anciens océans et de collisions planétaires – Les scientifiques jettent un nouvel éclairage sur la mystérieuse couche D » de la Terre

SciTechDaily

Une étude suggère que la couche D » de la Terre, près de la limite noyau-manteau, s'est formée à partir d'un océan de magma créé par un impact massif. Le peroxyde de fer et de magnésium, formé à partir de l'eau de cet océan, explique la composition unique et l'hétérogénéité de la couche D ».

De nouvelles recherches suggèrent que la mystérieuse couche D » à la limite entre le noyau et le manteau terrestre pourrait s'être formée à partir des restes d'un premier impact colossal, le peroxyde riche en fer jouant un rôle clé dans ses caractéristiques uniques et durables.

Au plus profond de la Terre se trouve une couche mystérieuse appelée couche D. Située à environ 3 000 kilomètres de profondeur, cette zone se situe juste au-dessus de la limite entre le noyau externe en fusion de la planète et son manteau solide. Contrairement à une sphère parfaite, la couche D est étonnamment inégale. Son épaisseur varie considérablement d'un endroit à l'autre, certaines régions étant même dépourvues de couche D », un peu comme les continents s'élèvent au-dessus des océans de la Terre. Ces variations intrigantes ont attiré l’attention des géophysiciens, qui décrivent la couche D » comme une région hétérogène ou non uniforme.

Une nouvelle étude dirigée par le Dr Qingyang Hu (Centre de recherche avancée en science et technologie à haute pression) et le Dr Jie Deng (université de Princeton) suggère que la couche D” pourrait provenir des premiers jours de la Terre. Leur théorie s'appuie sur l'hypothèse de l'impact géant, qui propose une MarsUn objet de la taille d'un vaisseau spatial a percuté la proto-Terre, créant par la suite un océan de magma à l'échelle de la planète. Ils pensent que la couche D pourrait être une composition unique issue de cet impact colossal, susceptible de contenir des indices sur la formation de la Terre.

L'eau dans l'océan magmatique

Le Dr Jie Deng souligne la présence d’une quantité substantielle d’eau au sein de cet océan magmatique mondial. L'origine exacte de cette eau reste un sujet de débat, diverses théories ayant été proposées, notamment sa formation par réactions entre le gaz de la nébuleuse et le magma, ou son apport direct par les comètes. « L’opinion dominante », poursuit le Dr Deng, « suggère que l’eau se serait concentrée vers le fond de l’océan magmatique en se refroidissant. Aux dernières étapes, le magma le plus proche du noyau aurait pu contenir des volumes d’eau comparables aux océans actuels de la Terre.

Les conditions extrêmes de pression et de température au fond de l’océan magmatique auraient créé un environnement chimique unique, favorisant des réactions inattendues entre l’eau et les minéraux. Le Dr Qingyang Hu explique : « Nos recherches suggèrent que cet océan de magma hydraté a favorisé la formation d'une phase riche en fer appelée peroxyde de fer-magnésium. » Ce peroxyde, de formule (Fe, Mg)O2, a une préférence encore plus forte pour le fer par rapport aux autres composants majeurs attendus dans le manteau inférieur. « D’après nos calculs, son affinité pour le fer aurait pu conduire à l’accumulation de peroxyde à dominante fer dans des couches allant de plusieurs à plusieurs dizaines de kilomètres d’épaisseur.

Formation d'une structure hétérogène à la limite du noyau du manteau terrestre

Formation d'une structure hétérogène à la limite noyau-manteau terrestre. Crédit : Science China Press

La présence de cette phase peroxyde riche en fer modifierait la composition minérale de la couche D », s'écartant de nos connaissances actuelles. Selon le nouveau modèle, les minéraux de D” seraient dominés par un nouvel assemblage : le silicate pauvre en fer, le peroxyde riche en fer (Fe, Mg) et l’oxyde pauvre en fer (Fe, Mg). Ce peroxyde à dominante fer possède également de faibles vitesses sismiques et une conductivité électrique élevée, ce qui en fait un candidat potentiel pour expliquer les caractéristiques géophysiques uniques de la couche D ». Ces caractéristiques comprennent des zones de vitesse ultra-faible et des couches de haute conductance, toutes deux contribuant à l'hétérogénéité de composition bien connue de la couche D ».

« Nos résultats suggèrent que le peroxyde riche en fer, formé à partir de l'eau ancienne de l'océan magmatique, a joué un rôle crucial dans la formation des structures hétérogènes de la couche D », a déclaré Qingyang. La forte affinité de ce peroxyde pour le fer crée un contraste de densité saisissant entre ces zones riches en fer et le manteau environnant. Essentiellement, il agit comme un isolant, les empêchant de se mélanger et expliquant potentiellement l’hétérogénéité durable observée à la base du manteau inférieur. Jie a ajouté : « Ce modèle s'aligne bien avec les résultats récents de la modélisation numérique, ce qui suggère que l'hétérogénéité du manteau le plus inférieur pourrait être une caractéristique de longue durée. »

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