Les scientifiques ont maintenant une image plus claire du manteau terrestre, grâce aux recherches de la Michigan State University publiées dans le numéro actuel de Communication Nature .

Le plus grand défi d'étudier le milieu de la planète, la plus grande couche - prise en sandwich entre son noyau de fer et la surface mince qui abrite ses créatures vivantes - est qu'elle ne peut pas être vue. C'est comparable à un patient qui passe un tomodensitogramme, et le médecin étant capable de voir des taches sombres et claires indiquant des tissus sains et des tumeurs.

Au lieu d'un tomodensitogramme, cependant, les géologues utilisent des sismographes. Mais comme ils ne peuvent pas plonger pour explorer ce que signifient réellement les « spots », ils doivent déchiffrer ce que la différence de fréquences d'ondes leur dit.

"Nous regardons une photo du manteau mais nous ne savons pas ce que signifient les couleurs, " a déclaré Susannah Dorfman, Géoscientifique de MSU et co-auteur principal de l'étude. "Les modèles d'ondes sismiques montrent un contraste qui indique différentes squishs et différentes densités; notre travail consiste à comprendre ce qu'il y a là-bas et pourquoi."

Les scientifiques pensent que le manteau est comme un gâteau marbré, mélangés en faisant tourbillonner ensemble des morceaux de fond océanique et de roche primordiale. Comme le gâteau au chocolat et à la vanille, différentes parties du manteau ont des compositions différentes.

Dorfman compare son laboratoire et l'analyse que son équipe effectue aux chefs dans une cuisine d'essai. L'ingrédient principal de ce menu, bien que, est la bridgmanite - le minéral le plus abondant de la Terre. On estime que ce minéral représente plus de 50 pour cent de la Terre. Bien qu'omniprésent dans le manteau, La bridgmanite est assez rare en surface.

Combien rare? Son existence a été théorisée et fabriquée en laboratoire depuis les années 70. Mais ce n'est qu'en 2014 qu'un grain de bridgmanite naturel a été trouvé dans une météorite, sa structure cristalline cartographiée et officiellement baptisée.

Dans le laboratoire de cuisine, l'équipe a préparé un échantillon du minéral rare. En utilisant une cellule de pression à enclume en diamant et un chauffage au laser - pour reproduire la pression et la chaleur inimaginables du manteau - ils ont testé leur recette de bridgmanite avec une pincée de fer ferrique. Cette combinaison est assez dense et oxydée. (Le fer ferrique peut être trouvé dans la rouille.)

"La pression minimale dont vous avez besoin pour fabriquer de la bridgmanite dans le manteau - un quart de million d'atmosphères - est comme tout le poids d'un éléphant en équilibre sur une graine de pavot, " a déclaré Dorfman.

L'équipe, co-dirigé par Jiachao Liu, anciennement avec MSU maintenant avec l'Université du Texas à Austin, a également changé la composition de la bridgmanite, en remplaçant les atomes de magnésium et de silicium par des atomes de fer 3+.

"Ça a changé la structure et comment ça agit, " a déclaré Dorfman. " Il y a un changement dans l'atome de fer appelé transition de spin, où l'atome rétrécit et devient plus dense à cause de la pression intense. Cela duplique potentiellement ce qui se passe au plus profond du manteau."

Ces recettes préparées en laboratoire fournissent un modèle et un aperçu des minéraux qui constituent potentiellement le manteau. Ce que l'équipe de Dorfman a cuisiné n'est pas une copie exacte des minéraux du manteau, mais le résultat final a produit les mesures les plus claires de la densité, compressibilité et conductivité électronique de la bridgmanite rouillée dans le manteau inférieur.

Alors que Dorfman et d'autres scientifiques ne verront peut-être jamais d'échantillons de carottes de manteau, les observations et les mesures du laboratoire aideront les scientifiques à interpréter ce que les ondes sismiques peuvent leur dire.

Cette étude aidera les scientifiques à utiliser des mesures géophysiques pour cartographier avec précision la quantité de fer dans le manteau, mais l'équipe a également déterminé qu'il sera difficile de voir à quel point il est oxydé. Dorfman reste optimiste sur le fait que cette ligne de recherche dévoilera certains des mystères du manteau.

"Le manteau profond est un endroit étrange avec des caractéristiques mystérieuses qui peuvent être des résidus de la formation de la Terre, cimetières pour amas de plaques tectoniques englouties, les sources des volcans hotspot comme Hawaï ou les processus qui ont façonné l'atmosphère, " a déclaré Dorfman. " Tout ce que nous pouvons détecter sur la composition des caractéristiques à la base du manteau peut nous aider à résoudre ces mystères. "

Des scientifiques de l'Université du Michigan, Centre de recherche scientifique et technologique à haute pression (Chine), Université d'Hawaï, Le Laboratoire national d'Argonne et l'Université de l'Illinois faisaient également partie de cette recherche.