Contrairement aux affiches que vous avez peut-être vues accrochées aux murs des bâtiments scientifiques et des salles de classe, Lijun Liu, professeur de géologie à l'Illinois, sait que l'intérieur de la Terre n'est pas comme un oignon.

Alors que la plupart des manuels montrent que la surface extérieure de la Terre est la croûte, le prochain niveau intérieur comme manteau, et puis la couche la plus interne comme noyau, Liu a dit que la réalité n'est pas aussi claire.

"Ce n'est pas seulement en couches, parce que l'intérieur de la Terre n'est pas stationnaire, " dit Liu.

En réalité, sous nos pieds, il y a une activité tectonique dont de nombreux scientifiques sont au courant, mais Liu et son équipe ont créé un modèle informatique pour aider à mieux l'expliquer, un modèle si efficace que les chercheurs pensent qu'il a le potentiel de prédire où se produiront les tremblements de terre et les volcans.

En utilisant ce modèle, Liu, avec le doctorant Jiashun Hu, et Manuele Faccenda de l'Université de Padoue en Italie, a récemment publié un article de recherche dans la revue Lettres des sciences de la Terre et des planètes qui se concentre sur le manteau profond et sa relation avec la tectonique des plaques.

"Il est bien connu qu'il existe une tectonique des plaques qui dirige l'évolution de la Terre, mais le fonctionnement exact de ce processus n'est pas tout à fait clair, " il a dit.

Liu et Hu ont examiné spécifiquement le continent sud-américain pour déterminer quels facteurs tectoniques contribuent à la déformation, ou l'évolution, du manteau.

Pour répondre à cette question, l'équipe a créé un modèle centré sur les données à l'aide du superordinateur Blue Waters du National Center for Supercomputing Applications de l'Illinois. Les modèles géodynamiques sophistiqués à quatre dimensions orientés données sont parmi les premiers du genre.

"Nous sommes en fait les premiers à utiliser des modèles d'assimilation de données pour étudier la déformation du manteau, dans une approche similaire à la prévision météorologique, " Liu a déclaré. "Nous essayons de produire un modèle de système qui satisfait simultanément toutes les observations que nous avons. Nous pouvons alors obtenir une meilleure compréhension des processus dynamiques de l'évolution de la Terre."

Bien qu'il existe de nombreux débats sur la façon dont l'évolution interne de la Terre est conduite, le modèle créé par l'équipe a semblé trouver une réponse qui correspond mieux aux observations disponibles et à la physique sous-jacente. L'équipe a découvert que la plaque de subduction - une partie de la plaque océanique qui glisse sous une plaque continentale - est la force motrice dominante derrière la déformation du manteau.

Essentiellement, la subduction active de la dalle détermine la plupart des autres processus qui se produisent dans le cadre d'une réaction en chaîne. "Le résultat change la donne. La force motrice du flux du manteau est en fait plus simple que les gens ne le pensaient, " a dit Liu. " C'est la conséquence la plus directe de la tectonique des plaques. Lorsque la dalle s'enfonce, il contrôle naturellement tout ce qui l'entoure. D'une certaine manière, c'est élégant, parce que c'est simple."

En comprenant ce mécanisme d'évolution de la Terre, l'équipe peut faire de meilleures prédictions concernant le mouvement du manteau et de la lithosphère, ou croûte.

L'équipe a ensuite évalué les prédictions du modèle à l'aide d'autres données. Hu, l'auteur principal de l'article, a déclaré qu'en comparant les prédictions aux activités tectoniques telles que la formation de montagnes et de volcans, une cohérence claire s'est dégagée.

"Nous pensons que notre histoire est correcte, " a dit Hu.

Par conséquent, le modèle donne également un aperçu intéressant sur l'évolution des continents dès le Jurassique, quand les dinosaures parcouraient la Terre sur la Pangée, le seul continent à l'époque. C'est toujours la recherche en cours de l'équipe.

Liu a dit que dans un article séparé qui utilise la même simulation, publié par Liu et Hu dans Lettres des sciences de la Terre et des planètes en 2016, le modèle a fourni une prédiction précise des raisons pour lesquelles les tremblements de terre se produisent dans des endroits particuliers sous l'Amérique du Sud. Il a expliqué que les tremblements de terre ne sont pas répartis uniformément dans la dalle de subduction, ce qui signifie qu'il existe potentiellement des zones où un tremblement de terre est plus ou moins susceptible de se produire.

« Nous avons constaté que chaque fois que vous voyez un manque de tremblements de terre dans une région, il correspond à un trou dans la dalle, " dit Liu. " A cause de la dalle manquante dans le trou, il n'y a aucun moyen de générer des tremblements de terre, ainsi nous pourrons peut-être savoir où d'autres tremblements de terre auront lieu."

Le modèle a également expliqué pourquoi certains volcans pourraient exister plus à l'intérieur des terres et avoir des compositions différentes, malgré l'idée commune que les volcans devraient exister uniquement le long de la côte, à cause de l'eau s'échappant de la dalle descendante. Comme le modèle aide à l'expliquer, un volcan peut se former à l'intérieur des terres si la dalle s'enfonce à un angle moins profond, et un trou dans la dalle peu profonde permet à un type spécial de magma de se former par fusion de la croûte.

"En fin de compte, ce modèle fournira un moyen prometteur de résoudre la question de savoir comment et pourquoi les continents se déplacent comme ils le font, " dit Liu. " La réponse devrait dépendre de ce que fait le manteau. C'est un moyen de bien mieux comprendre l'évolution de la Terre."

L'équipe étend actuellement le modèle pour analyser l'ensemble du globe.

"Nous attendons avec impatience des résultats plus excitants, " dit Liu.