Simuler les conditions 2, 700 kilomètres de profondeur sous terre, les scientifiques ont étudié une transformation importante du minéral le plus abondant sur Terre, bridgmanite. Les résultats de la ligne de lumière des conditions extrêmes de la source de lumière à rayons X PETRA III de DESY révèlent comment la bridgmanite se transforme en une structure connue sous le nom de post-pérovskite, une transformation qui affecte la dynamique du manteau inférieur de la Terre, y compris la propagation des ondes sismiques. L'analyse peut fournir une explication pour une gamme d'observations sismiques particulières, comme le rapporte l'équipe dirigée par Sébastien Merkel de l'Université de Lille en France dans le Journal Communication Nature .

La bridgmanite est un minéral de fer magnésien ((Mg, Fe)SiO 3 ) avec une structure cristalline qui n'est pas stable dans les conditions ambiantes. Il se forme à environ 660 kilomètres sous la surface de la Terre, et les grains microcristallins trouvés sous forme d'inclusions dans les météorites sont les seuls échantillons jamais récupérés à la surface. "Afin d'étudier la bridgmanite dans les conditions du manteau inférieur, nous devions d'abord produire le minéral, " explique Merkel. Pour ce faire, les scientifiques ont comprimé de minuscules quantités d'oxyde de fer-magnésium-silicium dans une cellule à enclume de diamant (DAC), un appareil qui peut presser des échantillons à haute pression entre deux petites enclumes de diamant.

La bridgmanite fraîchement préparée a ensuite été soumise à une pression encore plus élevée de 1,2 mégabar (environ 1,1 million de fois la pression à la surface) correspondant à la couche la plus basse du manteau terrestre, juste au-dessus du noyau. Ici, les ondes sismiques sont réfléchies lorsqu'elles traversent l'intérieur de la Terre, et la manière dont ils se reflètent dépend des caractéristiques du matériau qu'ils rencontrent. "Les ondes sismiques se comportent parfois bizarrement dans cette région, " dit Merkel. " Parfois, vous voyez des reflets forts, et parfois on ne voit rien du tout."

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps qu'un changement structurel au sein de la bridgmanite est une partie importante de l'explication. "Nous savons depuis 15 ans que la bridgmanite se transforme en une structure cristalline différente appelée post-pérovskite dans ces conditions, mais ce que nous ne savions pas, c'était à quelle vitesse il le fait, " explique Merkel. La post-pérovskite est constituée des mêmes éléments chimiques que la bridgmanite, mais a une structure cristalline différente, conduisant à des caractéristiques différentes.

Sur la ligne de lumière des conditions extrêmes de DESY (P02.2), les scientifiques peuvent désormais étudier la dynamique de la transformation. Il s'est avéré que cela se produit dans environ 10 à 10, 000 secondes, en fonction de la pression et de la température. Cela inclut l'échelle de temps de la fréquence des ondes sismiques. "Cela signifie que les ondes sismiques peuvent déclencher la transformation, et à son tour il peut amplifier le signal sismique, " souligne Merkel. " Cette observation explique pourquoi vous voyez parfois des reflets forts et parfois non. Et cela pourrait aussi expliquer d'autres anomalies."

La limite manteau-noyau à environ 2, 900 kilomètres sous la surface ne sont pas aussi nets qu'un miroir. Au lieu de cela, dans une région située à environ 200 kilomètres au-dessus du noyau, connue sous le nom de couche D", de grandes dalles de matériaux différents avec des structures différentes se déplacent. "Vous pouvez le considérer comme un deuxième ensemble de tectonique des plaques là-bas, " explique Merkel. De plus, dans une couche limite d'environ 100 kilomètres d'épaisseur, bridgmanite et post-pérovskite peuvent coexister, compliquer l'analyse des signaux sismiques. Plus les scientifiques connaissent en détail les caractéristiques physiques du matériau à la frontière, meilleure sera l'analyse qu'ils pourront faire. Cela aide non seulement à étudier la région limite elle-même, mais aussi de nombreuses autres régions à l'intérieur de la Terre, alors que les ondes sismiques sondent toutes les couches sur leur chemin. "Mieux nous connaissons les caractéristiques des matériaux à la frontière noyau-manteau, plus notre vision de l'intérieur de la Terre est nette, " dit Merkel.