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Changement de forme du noyau interne de la Terre // Earth’s inner core is changing shape

Une nouvelle étude conduite par des sismologues de l’Université de Californie du Sud montre que le noyau interne de la Terre n’est pas une sphère statique et uniforme, mais une structure dynamique qui subit des changements de forme, avec des zones qui s’élèvent et s’abaissent jusqu’à 1 km sur de courtes échelles de temps géologiques.

L’étude a utilisé des données provenant de capteurs de la base aérienne d’Eielson en Alaska et du réseau sismologique de Yellowknife dans les Territoires du Nord-Ouest du Canada. L’analyse des ondes sismiques générées par des séismes survenus entre 1991 et 2023 a révélé des variations surprenantes dans le comportement des ondes ; elles laissent supposer que la couche la plus externe du noyau interne subit des déformations localisées en raison de la redistribution de la matière. Les ondes sismiques fournissent des informations essentielles sur le noyau interne, qui se trouve à environ 5 000 km sous la surface de la Terre. Elles révèlent des informations sur sa composition et sur tout changement en cours. Les observations les plus importantes de l’étude montrent que si les ondes sismiques plus profondes restent constantes, celles qui se propagent le long des couches externes du noyau interne présentent des anomalies. Ces déformations montrent que la surface du noyau interne est en constante évolution.

 Source: University of Saskatchewan

La topographie changeante du noyau interne peut être due à de multiples facteurs liés aux conditions extrêmes de température et de pression dans les profondeurs de la planète. Il se peut que les fluctuations de température à la frontière entre le noyau interne et le noyau externe provoquent une fusion et une solidification continues du fer, ce qui remodèlerait la surface du noyau au fil du temps. Une autre théorie explique que le fer pourrait s’échapper du noyau interne en rafales semblables à la remontée du magma dans le manteau terrestre, mais en étant soumis à des pressions extrêmes. Les changements rapides détectés entre 2004 et 2008 révèlent que ces déformations se produisent plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant, ce qui soulève des questions sur leurs implications plus larges pour le système géodynamique de la Terre.

Il est important de comprendre si ces déformations influencent les courants convectifs du fer en fusion dans le noyau externe. Les chercheurs étudient également si les déformations du noyau interne sont liées aux variations de rotation. Les déplacements asymétriques du noyau peuvent provoquer des fluctuations mineures dans la rotation de la Terre, affectant les processus planétaires tels que la durée du jour et les variations du moment angulaire. Les changements dans la forme et le mouvement du noyau interne pourraient affecter le transfert de chaleur entre les couches du noyau, influençant potentiellement la stabilité du champ magnétique terrestre et contribuant à des fluctuations telles que les inversions géomagnétiques.

Les recherches futures se concentreront sur la collecte de davantage de données sismiques, l’amélioration des simulations informatiques et l’affinement des modèles théoriques des interactions noyau-manteau. Les scientifiques souhaitent examiner comment ces changements structurels influencent des processus géodynamiques plus larges, notamment la convection dans le manteau et la tectonique des plaques.

 

Vision moderne de la convection mantellique (Kevin C. A. Burke) 

Source : The Watchers.

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New research by seismologists at the University of Southern California shows that Earth’s inner core is not a static, uniform sphere but a dynamic structure experiencing shape changes, with regions rising and falling by up to 1 km over short geological timescales.

The study utilized data from sensors at the Eielson Air Force Base in Alaska and the Yellowknife Seismological Array in Canada’s Northwest Territories. Analysis of seismic waves from earthquakes between 1991 and 2023 revealed unexpected variations in wave behavior, suggesting that the outermost layer of the inner core undergoes localized deformations due to the redistribution of material. Seismic waves provide critical insights into the inner core, which lies approximately 5 000 km beneath the Earth’s surface. Waves passing through the core reveal information about its composition and any ongoing changes. Key observations from the study showed that while deeper seismic waves remained consistent, those traveling along the outer layers of the inner core exhibited anomalies. This suggested localized deformations indicating that the inner core’s surface is in constant flux.

The shifting topography of the inner core may result from multiple factors related to extreme temperature and pressure conditions deep within the planet. One possibility is that temperature fluctuations at the boundary between the inner and outer core cause continuous melting and solidification of iron, reshaping the core’s surface over time. Another theory suggests that iron may be bubbling out of the inner core in localized bursts, similar to magma upwelling in Earth’s mantle, albeit under extreme pressures. The rapid changes detected between 2004 and 2008 suggest that these deformations occur faster than previously believed, raising questions about their broader implications for Earth’s geodynamic system.

A key concern is whether these deformations influence the convective currents of molten iron in the outer core. Researchers are also investigating whether inner core deformations are linked to rotational variations. Asymmetric shifts in the core may cause minor fluctuations in Earth’s rotation, affecting planetary processes such as day length and angular momentum variations. Changes in the inner core’s shape and movement could affect heat transfer between core layers, potentially influencing the stability of Earth’s magnetic field and contributing to fluctuations such as geomagnetic reversals.

Future research will focus on gathering more seismic data, enhancing computational simulations, and refining theoretical models of core-mantle interactions. Scientists aim to examine how these structural changes influence broader geodynamic processes, including mantle convection and plate tectonics.

Source : The Watchers.

Le noyau interne de la Terre oscille tous les 8,5 ans // Earth’s inner core exhibits an 8.5-year wobble

Des chercheurs chinois viennent de découvrir que tous les 8,5 ans, le noyau interne de notre planète oscille autour de son axe de rotation, ce qui pourrait remettre en question le modèle géophysique admis jusqu’à présent. Durant cette oscillation, l’axe s’inclinerait jusqu’à 0,17 degré par rapport à celui du manteau. Cela pourrait induire d’importants changements dans la dynamique interne de la Terre, tels que des variations du champ magnétique.

On sait depuis longtemps que la Terre comporte 4 couches : la croûte, le manteau, le noyau externe (liquide) et le noyau interne (solide). Ces derniers se trouvent à environ 2896 kilomètres sous la surface. Avec un rayon d’environ 1200 kilomètres, le noyau interne (principalement composé de fer et de nickel) joue un rôle essentiel dans les processus géophysiques de la planète, tels que le maintien du champ magnétique et de la rotation.

Selon le modèle géophysique admis jusqu’à maintenant, l’axe de rotation du noyau terrestre s’aligne avec celui du manteau. Cela implique une distribution de densité uniforme au niveau des deux structures. Cependant, les chercheurs de la nouvelle étude* ont détecté des signaux de déviation périodiques de l’axe de rotation du noyau interne, qui se produiraient tous les 8,5 ans.

Ces signaux d’oscillation du noyau interne avaient été mis au jour dans le cadre d’une précédente étude, lorsque les mêmes chercheurs avaient collecté des mesures sur plusieurs décennies du mouvement polaire de l’axe de rotation de la Terre et des changements de sa vitesse de rotation. La nouvelle étude*, parue dans la revue Nature Communications, visait à confirmer ces observations, pouvant potentiellement mener à un changement de paradigme dans notre compréhension de la dynamique géophysique terrestre.

Afin d’étayer leurs précédentes observations, les chercheurs chinois ont effectué des mesures des subtiles variations de la durée du jour dans plusieurs régions du monde. Ces variations sont en effet les principaux indicateurs des changements de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre. Les mesures ont ensuite été comparées avec celles effectuées pour les mouvements polaires. Les calculs montrent que l’oscillation périodique du noyau interne est provoquée par une inclinaison de 0,17 degré de son axe de rotation, par rapport à celui du manteau.

Ces résultats sont en contradiction avec la théorie géophysique conventionnelle qui fait ressortir non seulement un alignement entre les axes de rotation du manteau et du noyau, mais également une forme parfaitement sphérique de ce dernier. L’inclinaison dont fait état la nouvelle étude serait susceptible de modifier la forme et le mouvement du noyau liquide, entraînant potentiellement des changements du champ magnétique terrestre. En outre, cela pourrait également entraîner une différence de densité de l’ordre de 0,52 g/cm3 au niveau de la zone séparant le noyau externe du noyau interne. Le pôle nord-ouest du noyau interne serait aussi un peu plus dense que le reste de la structure.

La dernière étude montre que l’oscillation du noyau interne induite par l’inclinaison de son axe pourrait avoir d’importantes implications dans l’ensemble de la dynamique interne de la Terre. Toutefois, ces observations ont été obtenues en excluant d’autres sources potentielles de variations qui pourraient influencer le mouvement polaire. En particulier, elles ne prennent pas en compte les paramètres atmosphériques, océaniques et hydrologiques. Néanmoins, cette découverte contribue à améliorer significativement la compréhension de la dynamique interne de la planète.

* Inner core static tilt inferred from intradecadal oscillation in the Earth’s rotation – An, Y., Ding, H., Chen, Z. et al. -Nat Commun 14, 8130 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43894-9 – OPEN ACCESS

Source : presse scientifique internationale.

Schéma représentant l’oscillation du noyau interne autour de son axe de rotation (Source : Yachong An et al. )

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Chinese researchers have just discovered that every 8.5 years, the inner core of our planet wobbles (or oscillates) around its axis of rotation, which could call into question the geophysical model accepted until now. During this oscillation, the axis would tilt up to 0.17 degrees relative to that of the mantle. This could induce important changes in the internal dynamics of the Earth, such as variations in the magnetic field.
It has long been known that the Earth has 4 layers: the crust, the mantle, the outer core (liquid) and the inner core (solid). These are located approximately 2,896 kilometers below the surface. With a radius of approximately 1,200 kilometers, the inner core (mainly composed of iron and nickel) plays an essential role in the planet’s geophysical processes, such as maintaining the magnetic field and rotation.
According to the geophysical model accepted until now, the axis of rotation of the Earth’s core aligns with that of the mantle. This implies a uniform density distribution at both structures. However, the researchers in the new study* detected periodic deviation signals from the axis of rotation of the inner core, which would occur every 8.5 years.
These inner core oscillation signals were uncovered in a previous study, when the same researchers collected measurements over several decades of the polar motion of the Earth’s axis of rotation and changes in its rotation speed. The new study*, published in the journal Nature Communications, aimed to confirm these observations, potentially leading to a paradigm shift in our understanding of Earth’s geophysical dynamics.
To support their previous observations, Chinese researchers took measurements of subtle variations in day length in several regions of the world. These variations are in fact the main indicators of changes in the inclination of the Earth’s axis of rotation. The measurements were then compared with those made for polar movements. Calculations show that the periodic oscillation of the inner core is caused by a 0.17 degree inclination of its axis of rotation, relative to that of the mantle.
These results are in contradiction with conventional geophysical theory which highlights not only an alignment between the axes of rotation of the mantle and the core, but also a perfectly spherical shape of the latter. The tilt reported in the new study could modify the shape and movement of the liquid core, potentially leading to changes in the Earth’s magnetic field. In addition, this could also lead to a difference in density of the order of 0.52 g/cm3 in the area separating the outer core from the inner core. The northwest pole of the inner core would also be a little denser than the rest of the structure.
The latest study shows that the oscillation of the inner core induced by the tilt of its axis could have important implications for the entire internal dynamics of the Earth. However, these observations were obtained while excluding other potential sources of variations that could influence polar motion. In particular, they do not take into account atmospheric, oceanic and hydrological parameters. Nevertheless, this discovery contributes to significantly improving the understanding of the internal dynamics of the planet.

* Inner core static tilt inferred from intracadal oscillation in the Earth’s rotation – An, Y., Ding, H., Chen, Z. et al. -Nat Commun 14, 8130 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43894-9 – OPEN ACCESS

Source: international scientific press.