Dans un effort pour étudier les conditions trouvées dans le noyau externe en fusion de la Terre, les chercheurs ont réussi à déterminer la densité de la fonte liquide et la vitesse à laquelle le son se propage à travers elle à des pressions extrêmement élevées. Ils y sont parvenus en utilisant une enclume en diamant hautement spécialisée qui comprime les échantillons, et des mesures de rayons X sophistiquées. Leurs découvertes confirment que le noyau externe fondu est moins dense que le fer liquide, et aussi mettre des valeurs sur l'écart.

Le roman de Jules Verne de 1864 "Voyage au centre de la Terre" dépeint des explorateurs lors d'un voyage imaginatif au cœur de la Terre où ils trouvent une caverne creuse gargantuesque abritant un environnement préhistorique peuplé de dinosaures. Ils y arrivent grâce à une machine de forage en forme de réservoir qui navigue à travers les volcans. Ça a l'air amusant, mais inutile de dire, c'est loin de la réalité, où les chercheurs explorent la Terre intérieure avec une gamme de techniques et d'instruments de la sécurité comparative de la surface de la Terre.

Les équipements sismiques qui mesurent la façon dont les tremblements de terre se propagent à travers la planète sont essentiels pour cartographier certains des plus grands arrangements structurels au sein de la Terre, et grâce à cela, on sait depuis longtemps qu'au cœur de la Terre se trouve un noyau solide entouré d'un noyau externe liquide moins dense. Pour la première fois, des expériences et des simulations ont montré aux chercheurs des détails sur ce noyau externe qui étaient auparavant impossibles à obtenir. Et ces études révèlent des détails fascinants.

"Recréer les conditions trouvées au centre de la Terre ici à la surface n'est pas facile, " a déclaré le professeur adjoint de projet Yasuhiro Kuwayama du Département des sciences de la Terre et des planètes. " Nous avons utilisé une enclume en diamant pour comprimer un échantillon de fer liquide soumis à une chaleur intense. Mais plus que de simplement créer les conditions, nous devions les maintenir assez longtemps pour prendre nos mesures. C'était le vrai défi."

Il est plus difficile de mesurer la densité d'un échantillon liquide que solide, car il faut plus de temps à l'appareil pour le faire. Mais avec une configuration expérimentale unique centrée sur une enclume de diamant, qui a été conçu sur deux décennies, Kuwayama et son équipe ont suffisamment conservé leur échantillon pour collecter les données dont ils avaient besoin. Ils ont utilisé une source de rayons X hautement focalisée du synchrotron SPring-8 au Japon pour sonder l'échantillon et mesurer sa densité.

"Nous avons trouvé que la densité du fer liquide tel que vous le trouverez dans le noyau externe était d'environ 10 tonnes par mètre cube à une pression de 116 gigapascals, et la température à 4, 350 Kelvin, " a expliqué Kuwayama. " Pour référence, la température ambiante typique est d'environ 273 Kelvin. Donc cet échantillon est plus de 16 fois plus chaud que votre chambre, et 10 fois plus dense que l'eau."

Comparé à cette nouvelle mesure, la densité du noyau externe de la Terre semble être environ 8 % moins dense que le fer liquide pur. La suggestion ici est qu'il y a des éléments plus légers supplémentaires dans le noyau externe fondu qui ne sont actuellement pas identifiés. Cette recherche pourrait aider d'autres dans leur quête pour révéler des secrets plus inaccessibles au plus profond de la Terre.

"Il est important d'enquêter sur ces choses pour mieux comprendre, non seulement sur le noyau de la Terre, mais à propos de la composition, et donc le comportement, d'autres planètes aussi, " a conclu Kuwayama. " Il est important de noter que ce n'est pas seulement un équipement élaboré qui nous a aidé à trouver cette nouvelle information, mais aussi une modélisation mathématique et des méthodes analytiques méticuleuses. Nous avons été agréablement surpris par l'efficacité de cette approche, et j'espère que cela pourra conduire à une meilleure compréhension du monde sous nos pieds."

L'étude est publiée dans Lettres d'examen physique .