Les tremblements de terre envoient des ondes sonores à travers la Terre. Les sismogrammes enregistrent les échos lorsque ces ondes se déplacent le long de la limite noyau-manteau, diffractant et se pliant autour de structures rocheuses denses. Une nouvelle recherche de l'Université du Maryland fournit la première vue d'ensemble de ces structures, révélant qu'elles sont beaucoup plus répandues qu'on ne le pensait auparavant. Crédit :Doyeon Kim/Université du Maryland
Les géophysiciens de l'Université du Maryland ont analysé des milliers d'enregistrements d'ondes sismiques, ondes sonores traversant la Terre, pour identifier les échos de la frontière entre le noyau en fusion de la Terre et la couche solide du manteau au-dessus. Les échos se sont révélés plus répandus, structures hétérogènes—zones de densité inhabituelle, roche chaude—à la limite noyau-manteau qu'on ne le savait auparavant.
Les scientifiques ne sont pas sûrs de la composition de ces structures, et des études antérieures n'en ont fourni qu'une vue limitée. Mieux comprendre leur forme et leur étendue peut aider à révéler les processus géologiques qui se déroulent profondément à l'intérieur de la Terre. Cette connaissance peut fournir des indices sur le fonctionnement de la tectonique des plaques et l'évolution de notre planète.
La nouvelle recherche fournit la première vue complète de la limite noyau-manteau sur une vaste zone avec une résolution aussi détaillée. L'étude a été publiée le 12 juin 2020, numéro de la revue Science .
Les chercheurs se sont concentrés sur les échos des ondes sismiques se déplaçant sous le bassin de l'océan Pacifique. Leur analyse a révélé une structure auparavant inconnue sous les îles volcaniques des Marquises dans le Pacifique Sud et a montré que la structure sous les îles hawaïennes est beaucoup plus grande qu'on ne le savait auparavant.
"En regardant des milliers d'échos de frontière noyau-manteau à la fois, au lieu de se concentrer sur quelques-uns à la fois, comme on le fait habituellement, nous avons une toute nouvelle perspective, " a déclaré Doyeon Kim, chercheur postdoctoral au département de géologie de l'UMD et auteur principal de l'article. "Cela nous montre que la région limite noyau-manteau a beaucoup de structures qui peuvent produire ces échos, et c'était quelque chose que nous n'avions pas réalisé avant parce que nous n'avions qu'une vue étroite."
L'image ci-dessus montre comment les zones chaudes, des roches denses appelées zones à ultra-faible vitesse profondément à l'intérieur de la terre se plient et diffractent les ondes sonores produites par les tremblements de terre. Dans une nouvelle analyse des ondes diffractées enregistrées par les sismogrammes, Les géologues de l'UMD révèlent une nouvelle ULVZ sous les Marquises et une plus grande ULVZ sous Hawaï qu'on ne le savait auparavant. Crédit :Doyeon Kim/Université du Maryland
Les tremblements de terre génèrent des ondes sismiques sous la surface de la Terre qui parcourent des milliers de kilomètres. Lorsque les vagues rencontrent des changements dans la densité de la roche, température ou composition, ils changent de vitesse, plier ou disperser, produisant des échos qui peuvent être détectés. Les échos des structures voisines arrivent plus rapidement, tandis que ceux des plus grandes structures sont plus bruyants. En mesurant le temps de parcours et l'amplitude de ces échos lorsqu'ils arrivent aux sismomètres à différents endroits, les scientifiques peuvent développer des modèles des propriétés physiques de la roche cachée sous la surface. Ce processus est similaire à la façon dont les chauves-souris se localisent pour cartographier leur environnement.
Pour cette étude, Kim et ses collègues ont recherché des échos générés par un type d'onde spécifique, appelé onde de cisaillement, lorsqu'il se déplace le long de la frontière entre le noyau et le manteau. Dans un enregistrement d'un seul tremblement de terre, connu sous le nom de sismogramme, les échos des ondes de cisaillement diffractées peuvent être difficiles à distinguer du bruit aléatoire. Mais regarder de nombreux sismogrammes de nombreux tremblements de terre à la fois peut révéler des similitudes et des modèles qui identifient les échos cachés dans les données.
En utilisant un algorithme d'apprentissage automatique appelé Sequencer, les chercheurs ont analysé 7, 000 sismogrammes de centaines de tremblements de terre de magnitude 6,5 et plus survenus autour du bassin de l'océan Pacifique de 1990 à 2018. Le séquenceur a été développé par les co-auteurs de la nouvelle étude de l'Université Johns Hopkins et de l'Université de Tel Aviv pour trouver des modèles de rayonnement provenant d'étoiles et de galaxies lointaines . Lorsqu'il est appliqué aux sismogrammes de tremblements de terre, l'algorithme a découvert un grand nombre d'échos d'ondes de cisaillement.
"L'apprentissage automatique en sciences de la Terre se développe rapidement et une méthode comme Sequencer nous permet de détecter systématiquement les échos sismiques et d'obtenir de nouvelles informations sur les structures à la base du manteau, qui sont restés largement énigmatiques, ", a déclaré Kim.
L'étude a révélé quelques surprises dans la structure de la frontière noyau-manteau.
Tremblements de terre, vu comme des étoiles jaunes ici, envoyer des ondes sonores à travers la Terre. Sismogrammes, vu comme des triangles bleus ici, enregistrer les échos au fur et à mesure que ces ondes se déplacent le long de la limite noyau-manteau, diffractant et se pliant autour de structures rocheuses denses. Une nouvelle recherche de l'Université du Maryland fournit la première vue d'ensemble de ces structures, révélant qu'elles sont beaucoup plus répandues qu'on ne le pensait auparavant. Crédit :Doyeon Kim/Université du Maryland
"Nous avons trouvé des échos sur environ 40% de tous les trajets d'ondes sismiques, " dit Vedran Lekic, professeur agrégé de géologie à l'UMD et co-auteur de l'étude. "C'était surprenant parce que nous nous attendions à ce qu'ils soient plus rares, et ce que cela signifie, c'est que les structures anormales à la limite noyau-manteau sont beaucoup plus répandues qu'on ne le pensait auparavant."
Les scientifiques ont découvert que la grande parcelle de terrain très dense, le matériau chaud à la limite noyau-manteau sous Hawaï a produit des échos particulièrement forts, indiquant qu'il est encore plus important que les estimations précédentes. Connues sous le nom de zones à ultra-faible vitesse (ULVZ), de telles taches se trouvent aux racines des panaches volcaniques, où la roche chaude s'élève de la région limite noyau-manteau pour produire des îles volcaniques. L'ULVZ sous Hawaï est le plus grand connu.
Cette étude a également trouvé un ULVZ auparavant inconnu sous les îles Marquises.
« Nous avons été surpris de trouver un élément si important sous les îles Marquises dont nous ne savions même pas qu'il existait auparavant, " a déclaré Lekic. " C'est vraiment excitant, car il montre comment l'algorithme Sequencer peut nous aider à contextualiser les données de sismogrammes à travers le monde d'une manière que nous ne pouvions pas auparavant. »
