Près de 1, 800 miles sous la surface de la terre, il y a de grandes structures étranges tapies à la base du manteau, assis juste au-dessus du noyau. Le manteau est une épaisse couche de chaud, principalement de la roche plastique qui entoure le noyau ; au sommet du manteau se trouve la fine coquille de la croûte terrestre. Aux échelles de temps géologiques, le manteau se comporte comme un liquide visqueux, avec des éléments solides s'enfonçant et s'élevant dans ses profondeurs.

Les structures étranges susmentionnées, appelées zones à ultra-faible vitesse (ULVZ), ont été découverts pour la première fois en 1995 par Don Helmberger de Caltech. Les ULVZ peuvent être étudiées en mesurant la manière dont elles modifient les ondes sismiques qui les traversent. Mais observer n'est pas nécessairement comprendre. En effet, personne n'est vraiment sûr de ce que sont ces structures.

Les ULVZ sont ainsi nommées car elles ralentissent considérablement la vitesse des ondes sismiques; par exemple, ils ralentissent les ondes de cisaillement (ondes sismiques oscillantes capables de se déplacer à travers les corps solides) jusqu'à 30 pour cent. Les ULVZ ont plusieurs kilomètres d'épaisseur et peuvent avoir des centaines de kilomètres de large. Plusieurs sont dispersés près du noyau terrestre à peu près sous la bordure du Pacifique. D'autres sont regroupés sous l'Amérique du Nord, L'Europe , et l'Afrique.

"Les ULVZ existent si profondément dans la terre intérieure qu'ils sont impossibles à étudier directement, ce qui pose un défi important lorsqu'on essaie de déterminer ce qu'ils sont exactement, " dit Helmberger, Professeur de géophysique de la famille Smits, Émérite.

Les scientifiques de la Terre à Caltech disent maintenant qu'ils savent non seulement de quoi sont faits les ULVZ, mais d'où ils viennent. En utilisant des méthodes expérimentales à haute pression, les chercheurs, dirigé par le professeur de physique minérale Jennifer Jackson, ont découvert que les ULVZ sont constituées de morceaux d'un minéral d'oxyde de magnésium / fer appelé magnésiowüstite qui aurait pu précipiter d'un océan de magma qui aurait existé à la base du manteau il y a des millions d'années.

L'autre théorie dominante pour la formation des ULVZ suggérait qu'ils étaient constitués de matériau fondu, une partie peut s'échapper du noyau.

Jackson et ses collègues, qui ont rendu compte de leur travail dans un article récent du Journal de recherche géophysique :Terre solide, trouvé des preuves soutenant la théorie de la magnésiowüstite en étudiant l'anisotropie élastique (ou sismique) du minéral ; L'anisotropie élastique est une variation de la vitesse à laquelle les ondes sismiques traversent un minéral en fonction de leur direction de déplacement.

Une caractéristique particulièrement inhabituelle de la région où existent des ULVZ - la limite noyau-manteau (CMB) - est qu'elle est très hétérogène (caractère non uniforme) ainsi qu'anisotrope. Par conséquent, la vitesse à laquelle les ondes sismiques traversent le CMB varie en fonction non seulement de la région traversée par les ondes, mais également de la direction dans laquelle ces ondes se déplacent. Le sens de propagation, En réalité, peut modifier la vitesse des vagues par un facteur de trois.

"Précédemment, les scientifiques ont expliqué l'anisotropie comme le résultat d'ondes sismiques traversant un matériau de silicate dense. Ce que nous suggérons, c'est que dans certaines régions, elle est en grande partie due à l'alignement de la magnésiowüstite au sein des ULVZ, " dit Jackson.

Aux pressions et températures subies à la surface de la terre, la magnésiowüstite présente peu d'anisotropie. Cependant, Jackson et son équipe ont découvert que le minéral devient fortement anisotrope lorsqu'il est soumis à des pressions comparables à celles trouvées dans le manteau inférieur.

Jackson et ses collègues l'ont découvert en plaçant un monocristal de magnésiowüstite dans une cellule à enclume de diamant, qui est essentiellement une minuscule chambre située entre deux diamants. Lorsque les diamants rigides sont comprimés les uns contre les autres, la pression à l'intérieur de la chambre augmente. Jackson et ses collègues ont ensuite bombardé l'échantillon de rayons X. L'interaction des rayons X avec l'échantillon agit comme un indicateur de la façon dont les ondes sismiques traverseront le matériau. À une pression de 40 gigapascals, équivalente à la pression au niveau du manteau inférieur, la magnésiowüstite était significativement plus anisotrope que les observations sismiques des ULVZ.

Afin de créer des objets aussi grands et fortement anisotropes que les ULVZ, seule une petite quantité de cristaux de magnésiowüstite doit être alignée dans une direction spécifique, probablement en raison de l'application d'une pression d'une force extérieure forte. Cela pourrait s'expliquer par une plaque de subduction de la croûte terrestre poussant son chemin vers le CMB, dit Jackson. (La subduction se produit à certaines limites entre les plaques tectoniques terrestres, où une plaque plonge sous une autre, déclenchant le volcanisme et les tremblements de terre.)

"Les scientifiques sont toujours en train de découvrir ce qui arrive à la croûte lorsqu'elle est subductée dans le manteau, " dit Jackson. " Une possibilité, que nos recherches semblent maintenant soutenir, est que ces dalles poussent jusqu'à la limite noyau-manteau et aident à façonner les ULVZ. »

Prochain, Jackson prévoit d'explorer l'interaction des dalles de subduction, ULVZ, et leurs signatures sismiques. L'interprétation de ces caractéristiques aidera à imposer des contraintes sur les processus qui se sont produits au début de l'histoire de la Terre, elle dit.

L'étude s'intitule "Magnesiowüstite fortement anisotrope dans le manteau inférieur de la Terre".