Le champ magnétique explique les rotations des noyaux de la Terre

Comment expliquer la dérive vers l’ouest du champ magnétique terrestre et la rotation vers l’est de la « graine » de notre planète ? Selon un nouveau modèle, les efforts de rotation électromagnétiques indirectement générés par les mouvements du noyau externe expliqueraient tout, puisque leur direction varie en fonction de la profondeur à laquelle ils s’appliquent. Par la même occasion, l’hypothèse du mouvement oscillatoire du noyau interne vient d’être renforcée.


Une coupe de l'intérieur de la Terre montrant le mouvement de précession (modification de la direction de l'axe de rotation d'un corps) de sa graine. Ces oscillations font migrer les pôles magnétiques sur la surface terrestre. © Nasa

Notre planète abrite en son centre, à plus de 2.885 km de profondeur, un noyau riche en fer qui se divise en deux régions distinctes. Sa partie externe se démarque par sa nature liquide. En effet, elle se compose de matière en fusion dont les mouvements entretiennent le champ magnétique terrestre par effet dynamo. Cette structure repose sur un noyau interne, également appelé « graine », car il est solide. Dernièrement, nous avons appris qu’il était un peu moins chaud que ce que prétendent d’anciennes théories, puisque sa température serait comprise entre 3.800 °C et 5.500 °C.

Par le passé, des mesures indépendantes ont démontré l’existence de plusieurs phénomènes de grande ampleur en lien avec ces deux couches internes de notre planète. En 1692, Edmund Halley a mis en évidence un mouvement de dérive vers l’ouest du champ magnétique terrestre. Plus récemment, des études sismiques sont parvenues à montrer que le noyau interne réalise des mouvements de rotation vers l’est, à une vitesse supérieure à celle du manteau terrestre (de quelques degrés par an).

Ces phénomènes pourraient être liés mais, jusqu’à maintenant, cette affirmation avait été difficile à démontrer. Principale raison : la nature et l’importance du couplage unissant les mouvements de la graine à ceux de la matière à la surface du noyau externe sont méconnues. Grâce à un nouveau modèle tridimensionnel du noyau terrestre, Philip Livermore (université de Leeds ; Royaume-Uni) et ses collaborateurs viennent en partie de résoudre cette difficulté, et de montrer que le champ géomagnétique constitue le facteur commun aux deux problématiques. Ils s'expliquent dans la revuePnas.


La simulation numérique de la dynamo terrestre (proposée par Glatzmaier et Roberts en 2008) engendrée par les mouvements turbulents complexes survenant dans la partie fluide du noyau. © American Physical Society

Le noyau interne de la Terre oscillerait

Le modèle serait 100 fois plus précis que ceux développés dans le même contexte par le passé. Pour le faire tourner, les scientifiques ont exploité la puissance du supercalculateur Monte Rosa, du Swiss National Supercomputing Centre à Lugano. Il possède 14.762 processeurs Opteron d’AMD, pour une puissance de crête de calcul de 141 téraflops.

Concrètement, l'effort de rotation électromagnétique associé au champ géomagnétique terrestre, également appelé couple en mécanique, agirait selon deux directions différentes sur les principales structures étudiées. Le champ magnétique ferait ainsi tourner le noyau interne en direction de l’est plus rapidement que le manteau, et donc que le reste de la planète. En revanche, il pousserait la partie la plus superficielle du noyau externe liquide en direction de l’ouest, dans le sens opposé, de quoi expliquer la dérive observée voilà plus de 300 ans par Halley.

Durant ces 3.000 dernières années, cette dérive, observable à l’échelle des décennies, a plusieurs fois changé de direction, partant donc vers l’est avant de se rediriger vers l’ouest. Selon les résultats du modèle, ces inversions seraient liées à des fluctuations du champ magnétique terrestre, qui ont impacté l’importance des efforts de rotation appliqués aux noyaux interne et externe. Le changement de direction de la dérive s’expliquerait alors par une inversion du sens de la rotation du noyau interne. Ce résultat conforte l’hypothèse selon laquelle le mouvement de la graine serait en réalité une oscillation. Il n’y aurait donc pas de déplacement moyen réalisé à long terme.

Le 19/09/2013 à 09:34 - Par Quentin Mauguit, Futura-Sciences

http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/geologie-champ-magnetique-explique-rotations-noyaux-terre-49028/#xtor=RSS-8

Long term effort to develop capability to drill to the Earth's Mantle

The Integrated Ocean Drilling Program (IODP) is an international marine research program dedicated to advancing scientificunderstanding of Earth by sampling, instrumenting and monitoring subseafloor environments. Through multiple platforms-JOIDES Resolution, Chikyu and Mission-Specific-Platforms-some of the world's preeminent scientists explore the deep biosphere and subseafloor; environmental change; Earth processes and effects; and solid earth cycles and geodynamics; and other themes.

One of the missions will be to drill 6 km (3.7 miles) beneath the seafloor to reach the Earth's mantle -- a 3000 km-thick layer of slowly deforming rock between the crust and the core which makes up the majority of our planet -- and bring back the first ever fresh samples.

They must first find a way to grind their way through ultra-hard rocks with 10 km-long (6.2 miles) drill pipes.

They have already identified three possible locations -- all in the Pacific Ocean -- where the ocean floor was formed at relatively fast spreading mid-ocean ridges, says Teagle.

The hole they will drill will be just 30 cm in width all the way from the ocean floor to inside the mantle -- a monumental engineering feat.

IODP's initial 10-year, $1.5 billion program is supported by two lead agencies, the U.S. National Science Foundation (NSF) and Japan's Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (MEXT).

If Japanese support can be combined with other funding, Teagle says they could start drilling before the end of the decade, making it possible for humans to finally reach the Earth's mantle by the early 2020s.




To get to the mantle scientists will be relying on a purpose-built Japanese deep-sea drilling vessel called Chikyu, first launched in 2002 and capable of carrying 10 km of drilling pipes. It has already set a world-record for the deepest hole in scientific ocean drilling history, reaching 2.2 km into the seafloor.

What makes the task even more difficult is that, currently, the drill bits have a limited lifespan of between 50-60 hours before needing to be replaced, meaning drilling could take many years unless technology improves.





POSTED BY BRIAN WANG AT 9/08/2013 

http://nextbigfuture.com/2013/09/long-term-effort-to-develop-capability.html

Dans le manteau terrestre, les upwellings restent étonnamment stables

Le manteau terrestre est loin d’être un milieu statique, faute de quoi les continents ne se déplaceraient pas. Mais comment ces mouvements convectifs visqueux ont-ils évolué au cours des ères géologiques ? Une nouvelle approche a fourni d’étonnants résultats. Par exemple, les upwellings actuellement présents sous l’Afrique et le Pacifique n’ont pas changé de place depuis des millions d’années.

Les formations des chaînes de montagnes, mais aussi celles des bassins océaniques, sont des activités géologiques observables à la surface de notre planète, comme les éruptions volcaniques et les séismes. Or, elles sont liées à la tectonique des plaques, qui dépend elle-même desmouvements visqueux convectifs en cours dans le manteau terrestre. Ces liens sont supposés exister depuis plusieurs ères géologiques, mais cette information est difficile à confirmer. En cause, notre faible connaissance de l’historique des mouvements de matière dans le manteau.

Mais elle progresse, comme en témoigne une nouvelle étude parue dans Nature. L'équipe de Clinton Conrad, de la Manoa's School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), est parvenue à établir un lien entre la dynamique du manteau terrestre et le mouvement des plaques tectoniques en surface. Or, cet historique est parfaitement connu. Il va de soi que pour réaliser une telle avancée, l’équipe a eu recours à des mathématiques et de la modélisation. L’un des résultats leur a littéralement coupé le souffle !

Cette coupe au travers de notre planète montre la position des deux upwellings majeurs présents dans le manteau (african upwelling et pacific upwelling), ainsi que le sens de déplacement des plaques terrestres (structures orange en périphérie) et océaniques visibles (lignes bleues épaisses). © Clinton Conrad, SOEST

Les points de divergence, clé pour l’étude du manteau

Clinton Conrad est parti du constat suivant : globalement, la plupart des plaques tectoniques tendent à se déplacer vers le nord, et à converger vers un point précis. En l’occurrence, il se situe dans l’est asiatique. Ainsi, le chercheur s’est demandé s’il n’y avait pas d’autres points de ce type qui caractérisent la tectonique des plaques, en se basant sur leurs moments bipolaires et quadripolaires. Trois autres lieux d’intérêt ont été trouvés, dont deux points de divergence. Ils se situent respectivement sous le centre de l’Afrique et au milieu du Pacifique.

Or, ils se trouvent justement là où se situent actuellement des upwellings majeurs dans le manteau, c’est-à-dire des mouvements de roches remontant vers la surface de notre planète. Ainsi, une association a été établie entre les points de divergence et les upwellings. Les chercheurs ont alors relancé leurs calculs pour suivre l’évolution de ces points au cours de ces 250 derniers millions d’années, depuis le début du Mésozoïque. Aucun changement significatif n’a été observé. Ainsi, les deux upwellings occupent une position stable depuis plusieurs ères géologiques, quelles que soient la taille et la position des continents.

Cette découverte pourrait bien jeter les bases d’une nouvelle approche visant à étudier les liens qui unissent la dynamique du manteau et les activités géologiques qui ont eu lieu à la surface de notre planète depuis des millions d’années. Elle pose également de nouvelles questions, sur lesquelles nombre de scientifiques risquent de s’arracher les cheveux. Par exemple, quels mécanismes maintiennent ces upwellings en place dans un environnement aussi dynamique que celui du manteau terrestre ?

Le 01/07/2013 à 13:30 - Par Quentin Mauguit, Futura-Sciences

http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/geologie-manteau-terrestre-upwellings-restent-etonnamment-stables-47438/#xtor=RSS-8