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Activité sismique à grande profondeur en Californie // Deep seismicity in California

drapeau-francaisUne nouvelle étude publiée début octobre dans la revue Science nous apprend que des sismologues qui travaillaient sur le terrain en Californie du Sud ont détecté une activité sismique à une profondeur surprenante.

L’activité sismique profonde ou faible est souvent très difficile à contrôler, en particulier dans les zones urbaines, en raison de la distance entre les capteurs et du bruit causé par la circulation et les activités industrielles. Afin de mieux étudier ces micro signaux, un groupe de chercheurs a installé des détecteurs le long de la faille Newport-Inglewood (NIF), qui s’étire sur près de 80 kilomètres entre Culver City et Newport Beach, en Californie du Sud *.
On sait que la plupart des dégâts sont infligés par les séismes les plus puissants, mais les petits séismes comme ceux observés le long de la NIF se produisent beaucoup plus fréquemment, et leur localisation peut être utilisée pour mettre en évidence des failles actives et leur profondeur.
En filtrant le bruit, les chercheurs ont constaté que l’activité le long de la NIF était extrêmement profonde et fréquente comparée à des failles semblables dans la région. Ils se sont donc concentrés sur ce qui semble être le prolongement profond de la faille Newport-Inglewood dans le manteau supérieur. Les chercheurs pensent que ces signaux pourraient conduire à une meilleure compréhension de la profondeur à laquelle les séismes se produisent, et pourraient permettre de mieux comprendre la structure de la faille.
La profondeur surprenante de ces séismes soulève des questions sur la surveillance sismique. Les scientifiques ne savent pas si ces petites secousses se produisent à grande échelle et si on ne les a pas détectées sur d’autres failles en raison de la difficulté à contrôler les petits séismes profonds, ou si la NIF est unique avec une sismicité profonde qui s’étend jusqu’au manteau supérieur.
La faille Newport-Inglewood est également remarquable pour la fréquence de ses séismes. Ces derniers suivent d’habitude une loi d’échelle qui prédit le rapport entre le nombre de petits et grands séismes qui se produisent sur un segment spécifique d’une faille. Ce rapport est généralement constant. Cependant, les sismologues présents sur la FNI ont constaté que dans les parties les plus profondes de la faille le nombre de petits séismes est beaucoup plus important que le nombre de grands séismes. Ils pensent que ce rapport différent le long de la NIF est peut-être dû à des changements de température, de pression ou à la minéralogie des roches à ces profondeurs. Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour en déterminer la véritable cause.
La fréquence et la profondeur différentes des séismes sur la NIF pourraient également signifier que la profondeur maximale de l’activité sismique est peut être beaucoup plus grande qu’on le pensait jusqu’à présent. Par exemple, le séisme de 2012 à Sumatra (Indonésie) a eu lieu sous l’Océan Indien à une bien plus grande profondeur que celle à laquelle les sismologues s’attendaient sur la base des mesures précédentes de sismicité. Depuis cet événement, les chercheurs se demandent si la même chose pourrait se produire sur des failles continentales, comme en Californie.
Jusqu’à présent, les recherches ne montrent pas que ces régions de failles profondes produisent des séismes plus puissants. Le dernier événement majeur le long de la faille Newport-Inglewood  a été le séisme de Long Beach, d’une magnitude de M 6.4, qui s’est produit au sud de Los Angeles le 10 mars 1933.
Source: Live Science

* En 2015, des scientifiques ont découvert une fuite d’hélium naturel en Californie du Sud. Ce phénomène a prouvé que la faille Newport-Inglewood était plus profonde qu’on le pensait, avec une connexion directe entre la surface de la Terre et le manteau. Les chercheurs ont trouvé des niveaux élevés de l’hélium-3 dans des puits de pétrole jusqu’à 3 kilomètres de profondeur dans le comté d’Orange, le long d’un tronçon de 48 kilomètres entre le Westside de Los Angeles et Newport Beach.

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drapeau-anglaisA new study published early in October in the journal Science informs us that seismologists working on the field in Southern California found seismic activity at deeper-than-expected levels.

Deeper or smaller seismic activity can be very difficult to monitor, especially in urban areas, due to the distance between seismicity monitors and the noise caused by traffic and industrial activities. In order to better see these so-called micro signals, a group of researchers deployed detectors along the Newport-Inglewood Fault (NIF), which stretches over nearly 80 kilometers, from Culver City to Newport Beach, in Southern California*.

Most of the damage is inflicted by large earthquakes, but these small earthquakes like the ones we observe at NIF occur much more frequently, and their location can be used to highlight active faults and their depth.

By filtering out the noise, the researchers found that activity along the NIF was unusually deep and frequent compared to similar faults in the region. They are concentrated in what appears to be the deep continuation of the Newport-Inglewood fault down into the upper mantle. The researchers said these signals could lead to a better understanding of the depths at which earthquakes can occur, and could further illuminate the structure of the fault.

The unexpected depths of these earthquakes raise questions about quake monitoring. Scientists don’t know whether these temblors are widespread and have simply been missed at other faults because of the difficulty in monitoring small, deep quakes, or, if the NIF is unique and somehow the fault has deep seismicity that extends to the upper mantle.

The Newport-Inglewood Fault is also remarkable in another way: the frequency of its quakes. Earthquakes statistically follow a scaling law that predicts the ratio between the number of small and large earthquakes that will occur on a specific fault segment. That ratio is generally constant. However, on the NIF seismologists found that for the deeper sections of the fault, the number of the small earthquakes is much larger than the number of large earthquakes. They suggested that the different ratio along the NIF could be due to changes in temperature, pressure or the mineralogy of the rocks at those depths, but said that further research is needed to determine the root cause.

The NIF’s unique frequency and depth of earthquakes could also mean that the maximum depth of seismic activity may be much deeper than was previously thought. For example, the 2012 Sumatra earthquake in Indonesia occurred deep beneath the Indian Ocean, penetrating much deeper than expected based on previous measures of seismicity. Since then, researchers have been wondering if something similar could happen on continental faults like in California

Fortunately, this research thus far does not show that these deep fault regions will produce larger earthquakes. The last major earthquake along the NIF was the M 6.4 Long Beach earthquake that struck south of Los Angeles on March 10th, 1933.

Source : Live Science.

*In 2015, scientists discovered a natural helium leak in Southern California. It revealed that the Newport-Inglewood fault was deeper than once thought, with a direct connection from the Earth’s surface to the mantle. They found high levels of helium-3 in oil wells up to 3 kilometers deep in Orange County, along a 48-kilometer stretch from Los Angeles’ Westside to Newport Beach.

nif

Faille Newport-Inglewood (Mine-engineer.com)

Suite à la diffusion de cette article, des précisions ont été apportées par l’ancien Directeur de l’Observatoire des Sciences de l’

Univers de Grenoble.  Je vous invite à les lire attentivement:

« Je voudrais apporter quelques précisions sur les magnitudes et les intensités. La magnitude est liée à l’énergie libérée sous forme d’ondes sismiques enregistrées par les capteurs. . L’énergie libérée totale comprend aussi l’énergie de déformation des roches et la chaleur libérée. Le rapport entre l’énergie sismique et l’énergie totale est appelé rendement sismique. On l’estime souvent (mais arbitrairement) à la valeur 0.1 .
La région épicentrale n’est pas obligatoirement la zone de plus forte intensité. Cette définition est purement théorique en supposant le séisme réduit à un point. On ne l’utilise que pour la détermination spatiale des séismes historiques. Dans la réalité, un séisme est une rupture qui se propage à quelques km/s le long d’une faille horizontalement et en profondeur d’où la notion de surface de la faille (déterminée à partir des répliques) qui intervient dans le calcul du moment sismique. On appelle foyer du séisme le lieu du départ de la rupture. L’épicentre est placé à la verticale du foyer. Si on regarde les isoséistes du séisme de Provence de 1909, les intensités maximales VIII et IX ont une enveloppe de forme elliptique allongée quasiment E-W de 25 x 10 km. L’épicentre se trouverait au centre de cette surface (entre Rognes et Lambesc). D’autre part, il existe des effets de site qui augmente le déplacement du sol donc l’intensité associée, et des effets de propagation des ondes sismiques comme par exemple en 1985 au Mexique, où les dégâts les plus importants ont été observés à Mexico située à 400 km de l’épicentre du séisme ».

Le Groenland fond plus vite qu’on le pensait // Greenland melts faster than previously thought

drapeau-francaisUne étude récemment publiée dans la revue Science Avances nous apprend que les recherches effectuées jusqu’à présent ont peut-être sous-estimé d’environ 20 milliards de tonnes par an la perte de masse de la calotte glaciaire du Groenland.
En général, les scientifiques calculent la perte de glace au Groenland (et ailleurs dans le monde) en utilisant les données satellitaires. La nouvelle étude indique que ces données ont probablement inclus des éléments incorrects et donc mésestimé la disparition de glace chaque année.
La nouvelle étude s’appuie sur un concept connu sous le nom d’«ajustement isostatique glaciaire», ou la tendance de la terre à « rebondir » après qu’une importante masse de glace s’est retirée. [NDLR : J’ai déjà eu l’occasion de parler de ce phénomène à propos de l’Islande.] Cet effet est en grande partie géré par le comportement du manteau terrestre. En effet, quand un poids important, comme une immense calotte glaciaire, se forme à la surface de la Terre, la forte pression qu’elle exerce déforme le manteau qui se trouve en dessous. Lorsque le poids disparaît, le manteau se remet progressivement en place.
Dans la mesure où les études satellitaires tirent uniquement leurs conclusions sur la perte de glace en fonction des changements observés à la surface de la Terre, les scientifiques doivent effectuer des corrections pour tenir compte de cet effet dû au comportement du manteau terrestre. L’étude fait en particulier référence aux mesures effectuées par les satellites jumeaux  GRACE qui estiment la perte de glace en fonction des modification de gravité au cours de leurs orbites autour de la terre. Ces satellites mesurent la variation de masse, mais ils ne peuvent pas vraiment faire la différence entre la masse de la glace et la masse rocheuse.
La nouvelle étude a tiré ses conclusions en utilisant les données fournies par un réseau de capteurs GPS installés autour du Groenland ; ils ont permis de détecter la vitesse de « rebondissement » de la Terre. Les chercheurs ont pu utiliser ces mesures pour estimer la vitesse à laquelle s’est déplacé le sol du Groenland depuis le dernier âge glaciaire dont l’apogée se situe il y a plus de 25 000 ans.
Quand les scientifiques ont comparé leurs estimations à certains modèles utilisés précédemment pour reconstruire l’histoire glaciaire du Groenland, ils ont constaté que les résultats ne correspondaient pas. Ils en ont conclu que les hypothèses des anciens modèles sur les déplacements de la roche sous le Groenland étaient incorrectes. Ces modèles se basent généralement sur des hypothèses standard sur les mouvements du manteau terrestre dans la plupart des régions du monde. Cependant, les chercheurs pensent qu’il y a des millions d’années, un point chaud a changé la consistance du manteau sous le Groenland, l’amenant à se déplacer de différentes manières. Ce point chaud existe toujours, mais il a migré depuis cette époque lointaine et se trouve actuellement sous l’Islande, où il est responsable de l’activité volcanique dans ce pays.
C’est parce qu’ils n’ont pas tenu compte de l’influence de ce point chaud que les modèles précédents décrivant comportement du Groenland étaient incorrects. Les chercheurs ont donc créé un nouveau modèle en prenant en compte leurs hypothèses sur le manteau, de sorte que les résultats se sont retrouvés en phase avec les mesures GPS. Ensuite, ils ont utilisé le modèle modifié pour reconstruire l’histoire glaciaire du Groenland. Les derniers résultats montrent que les mesures satellitaires ont sous-estimé la perte de masse actuelle du Groenland d’environ 20 milliards de tonnes par an.
L’évolution du Groenland au vu des nouvelles données révèle non seulement la quantité de glace perdue au cours des derniers millénaires, mais les endroits où les pertes se sont produites. Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont découvert qu’en fait un nombre limité de glaciers était responsable de plus de 70 pour cent du total des pertes de la calotte glaciaire. La nouvelle étude conclut que ces mêmes régions ont effectivement contribué à une partie importante – environ 40 pour cent – des pertes de glace du Groenland depuis des milliers d’années. Les chercheurs font remarquer qu’une autre étude récente a révélé des résultats similaires.
Indirectement, cette dernière étude ne concerne pas que le Groenland. Les chercheurs ont fait remarquer que des erreurs similaires pourraient concerner les estimations actuelles de perte de glace en Antarctique. Le problème est que l’Antarctique est beaucoup plus vaste que le Groenland. Bien qu’un réseau GPS existe sur ce continent, les capteurs sont très éloignés les uns des autres, ce qui signifie qu’il est beaucoup plus difficile de recueillir suffisamment de données pour effectuer le même type d’étude.
Source: The Washington Post.

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drapeau-anglaisA study recently published in the journal Science Advances finds that previous studies may have underestimated the current rate of mass loss on the Greenland ice sheet by about 20 billion tons per year.

Generally, scientists estimate ice loss in Greenland (and elsewhere around the world) using data from satellites. But the new study suggests these satellite studies may have included some incorrect assumptions, causing them to miscalculate the amount of mass actually disappearing from the ice sheet each year.

The assertion revolves around a concept known as « glacial isostatic adjustment, » or the tendency of land to bounce back after a large weight of ice has been removed from it. An important part of this effect is driven by the flowing of the Earth’s mantle. When a heavy weight, such as a huge ice sheet, forms on the Earth’s surface, the resulting high pressure causes the mantle to begin flowing out from underneath it. When the weight is removed, the mantle gradually begins to flow back into place.

Because satellite studies generally draw their conclusions about ice loss based on changes in the Earth’s surface, scientists must make corrections to account for this effect. The study points specifically to the measurements yielded by the GRACE satellites, a set of twin crafts that estimate ice loss based on changes in the pull of gravity as they orbit around the earth. What these satellites measure is mass change, but they can’t really tell the difference between ice mass and rock mass.

The study draws its conclusions using data from a network of GPS sensors placed around Greenland, which have helped detect how fast the earth there is springing back up. The researchers were able to use these recent measurements to estimate the rate at which land in Greenland has been moving back into place since the last ice age, which reached its peak more than 25,000 years ago.

When they compared these estimates to some of the models that have previously been used in reconstructions of Greenland’s glacial history, they found that the findings didn’t match up, leading them to conclude that the models’ assumptions about the flow of rock beneath Greenland were incorrect. These models have typically relied on standard assumptions about the way the Earth’s mantle flows in most parts of the world. However, the researchers suggest that millions of years ago, a hotspot changed the consistency of the mantle beneath Greenland, causing it to move in different ways. This hotspot still exists, but it has since migrated and currently resides beneath Iceland, where it’s historically been responsible for the high levels of volcanic activity in that country.

Without taking the influence of this hotspot into effect, the researchers suggest, previous models of Greenland’s behaviour were incorrect. So they created a modified model, tweaking its assumptions about the mantle so that the results were consistent with their GPS estimates. Then, they used the modified model to create a reconstruction of Greenland’s glacial history. First, the results suggest that satellite studies have been underestimating the current mass loss in Greenland by about 20 billion tons per year.

The reconstructed history was able to identify not only how much ice has been lost over the last few thousand years, but also where the losses have been coming from. Over the past two decades, scientists have found that a relatively small set of glaciers in Greenland are responsible for more than 70 percent of the ice sheet’s total losses. The new study finds that these same regions have actually been contributing to a hefty portion — about 40 percent — of Greenland’s ice losses for many thousands of years. And the researchers pointed out that another recent study found similar results over the last century.

The study doesn’t just raise questions about Greenland. The researchers have pointed out that some of the same problems could exist with the current estimates of ice loss in Antarctica. The problem is that Antarctica is so much bigger than Greenland. Although a GPS network exists there as well, the sensors are spaced much farther apart, meaning it may be much more difficult to gather enough data to conduct the same type of study.

Source: The Washington Post.

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Photos: C. Grandpey

Les mouvements du manteau terrestre // The movements of the Earth’s mantle

drapeau-francaisDes chercheurs de l’Université de Cambridge ont compilé la première série d’observations du mouvement du manteau terrestre à l’échelle de la planète et constaté qu’il se déplace beaucoup plus rapidement que prévu. L’équipe scientifique a pris en compte plus de 2000 mesures effectuées dans les océans du globe ; les chercheurs ont ainsi pu observer le comportement chaotique du manteau qui fait osciller la surface de la Terre vers le haut et vers le bas. Ces mouvements ont eu une énorme influence sur la morphologie de la Terre telle que nous la voyons aujourd’hui. En effet, c’est la circulation au sein du manteau qui donne naissance aux montagnes, au volcanisme et à l’activité sismique dans des endroits qui se trouvent au milieu des plaques tectoniques, comme à Hawaii.
Les chercheurs ont constaté que les mouvements ondulatoires du manteau se produisent à un rythme beaucoup plus rapide qu’on l’avait imaginé auparavant. Les résultats, présentés dans la revue Nature Geoscience, ont des ramifications dans de nombreuses disciplines, y compris l’étude de la circulation océanique et les changements climatiques du passé.
À l’échelle de temps géologique, l’équipe scientifique a remarqué que sur une période de un million d’années, le mouvement du manteau peut faire se déplacer de plusieurs centaines de mètres la surface de la Terre vers le haut et vers le bas. Outre la géologie, le mouvement du manteau terrestre présente un intérêt certain pour les secteurs du pétrole et du gaz, étant donné que ces mouvements affectent également les déplacements des sédiments et donc la production des hydrocarbures.
Les mouvements du manteau agissent également sur le déplacement des plaques tectoniques car les courants de convection poussent la surface vers le haut ou vers le bas. Ainsi, bien que les îles d’Hawaii se trouvent au milieu d’une plaque tectonique, leur activité volcanique est due non pas au mouvement des plaques, mais plutôt au déplacement vers le haut du manteau qui se trouve en dessous.
L’inventaire des 2 000 points d’observations a été déterminé grâce à l’analyse des relevés sismiques effectués dans tous les océans. En examinant les variations de profondeur du plancher océanique, les chercheurs ont été en mesure de construire, à l’échelle mondiale, une base de données des mouvements du manteau. Ils ont constaté que la convection du manteau s’effectue d’une manière chaotique, avec des échelles de longueur de l’ordre de 1000 km, au lieu des 10 000 km initialement prévus.
Les résultats de l’étude auront des applications dans de nombreux secteurs tel que la cartographie de la circulation des océans qui sont affectés par la rapidité avec laquelle le plancher océanique se déplace vers le haut et vers le bas en entravant le passage des courants. Si l’on considère que la surface se déplace beaucoup plus vite que nous le pensions précédemment, cela pourrait également affecter des domaines comme la stabilité des calottes glaciaires et nous aider à mieux comprendre les changements climatiques du passé.
Source: Université de Cambridge

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drapeau-anglaisResearchers from the University of Cambridge have compiled the first global set of observations of the movement of the Earth’s mantle and found that it is moving much faster than has been predicted. The scientific team used more than 2,000 measurements taken from the world’s oceans in order to observe the chaotic nature of mantle flow, which forces the surface above it up and down. These movements have a huge influence on the way that the Earth looks today. Indeed, the circulation within the mantle causes the formation of mountains, volcanism and other seismic activity in locations that lie in the middle of tectonic plates, such as at Hawaii.

The researchers found that the wave-like movements of the mantle are occurring at a rate much faster than had been previously predicted. The results, reported in the journal Nature Geoscience, have ramifications across many disciplines including the study of oceanic circulation and past climate change.

At a geological timescale, the team noticed that over a period of a million years, the movement of the mantle can cause the surface to move up and down by hundreds of metres. Besides geology, the movement of the Earth’s mantle is of interest to the oil and gas sector, since these motions also affect the rate at which sediment is shifted around and hydrocarbons are generated.

The flow of the mantle also acts to the tectonic plate motions, as convection currents inside the mantle push the surface up or down. For example, although the Hawaiian Islands lie in the middle of a tectonic plate, their volcanic activity is due not to the movement of the plates, but instead to the upward flow of the mantle beneath.

The inventory of more than 2 000 spot observations was determined by analyzing seismic surveys of the world’s oceans. By examining variations in the depth of the ocean floor, the researchers were able to construct a global database of the mantle’s movements. They found that the mantle convects in a chaotic fashion, but with length scales on the order of 1 000 km, instead of the 10 000 km that had been predicted.

The results of the study will have wider reaching implications, such as how we map the circulation of the world’s oceans which are affected by how quickly the sea floor is moving up and down and blocking the path of water currents. Considering that the surface is moving much faster than we had previously thought, it could also affect things like the stability of the ice caps and help us to understand past climate change.

Source:  University of Cambridge.

Manteau et convection

Source: Oregon State University.

Une nouvelle approche de l’intérieur de la Terre // A new approach to the Earth’s interior

drapeau-francaisOn sait depuis pas mal de temps que les cristaux de pérovskite silicatée sont l’un des composants majeurs des roches du manteau inférieur de la Terre. Mais ce minéral n’avait jamais été observé à l’état naturel. Il a fallu attendre 2014 pour qu’une telle observation soit effectuée. On lui a alors donné le nom de bridgmanite pour honorer la mémoire de Percy Williams Bridgman, un des pionniers de la pétrologie des roches sous hautes pressions.
Les observations sismiques de l’intérieur de notre planète ont révélé trois structures distinctes marquant la limite entre son noyau métallique et le manteau silicaté. Ces structures comprennent des restes de plaques subductées de la surface de la Terre, des zones de propagation ultra faible des ondes sismiques riches en fer, et de grandes zones denses de composition et minéralogie inconnues. Selon le California Institute of Technology (Caltech), on dispose aujourd’hui de nouvelles preuves montrant l’origine de ces structures.
La couche en question se trouve à une profondeur de 2 900 km et sa composition est très importante pour comprendre l’évolution et la dynamique de la Terre. Une équipe scientifique a effectué une étude qui indique que la bridgmanite, le minéral le plus répandu sur notre planète, pourrait occuper 20% de la zone limite entre le noyau et le manteau. Les résultats de ce travail de recherche pourraient expliquer les observations sismiques précédentes et les résultats de modélisation géodynamique.
Tout en occupant environ 20% de la surface de la limite entre le noyau et le manteau, la bridgemanite remonte jusqu’à une profondeur d’environ 1 500 km. Cette découverte représente un progrès scientifique car bien que la bridgmanite soit le minéral le plus abondant sur Terre, ce n’est que récemment que les chercheurs ont eu la possibilité de mesurer avec précision des échantillons dans un environnement similaire à celui que connaissent les matériaux à l’intérieur de la Terre.
L’étude a été réalisée par l’Advanced Photon Source du Laboratoire National d’Argonne dans l’Illinois avec des mesures précises aux rayons X et deux faisceaux laser différents (voir image ci-dessous) sur des échantillons de bridgmanite synthétique comprimés par des cellules à enclumes de diamant à plus de 1 million de fois la pression atmosphérique de la Terre et chauffés à des milliers de degrés. Les données recueillies ont permis aux scientifiques de comparer les résultats d’observations sismiques de la frontière noyau-manteau.
Les nouvelles mesures de la bridgmanite dans des conditions de manteau profond montrent que ces régions de l’intérieur de la Terre sont très probablement denses et riches en fer, ce qui leur a permis de rester stables au cours des temps géologiques.
Les chercheurs ont également mesuré le comportement du fer dans la structure cristalline de la bridgmanite en utilisant une technique de spectroscopie Mössbauer. Les résultats ont montré que la bridgmanite ferrifère est stable dans des conditions de températures extrêmes (plus de 2 000°C) et des pressions jusqu’à 130 gigapascals (GPa).
Cette étude est la première à combiner des mesures de densité et de rigidité haute précision avec la spectroscopie Mössbauer, ce qui a permis d’identifier le comportement du fer au sein de la bridgmanite. Les résultats montrent également qu’il est impossible que ces régions contiennent une grande quantité d’éléments radiogéniques.
Au vu des derniers résultats, il semble que le reste du manteau inférieur ne soit pas entièrement composé de bridgmanite, comme le pensait auparavant ; d’autres minéraux sont forcément présents
Il reste encore beaucoup de travail à faire, comme l’identification de la dynamique des plaques pendant la subduction, phénomène qui joue probablement un rôle en fournissant une force extérieure pour façonner les grandes régions riches en bridgmanite.
Source : Caltech : http://www.caltech.edu/

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drapeau-anglaisIt had been known for quite a long time that silicate perovskite crystals were a major component of the lower mantle rocks. But this mineral had never been observed in nature. It was not until 2014 that such an observation was made. It was then given the name bridgmanite to honor the memory of Percy Williams Bridgman, a pioneer of petrology rocks under high pressures.
Seismic observations of our planet’s interior have revealed three distinct structures, marking the boundary between its metallic core and silicate mantle. The structures include remnants of subducted plates from the Earth’s surface, ultralow velocity zones rich in iron and large dense provinces of unknown composition and mineralogy. New evidence has emerged showing the origin of these features, California Institute of Technology (Caltech) recently announced.
The layer in question is 2 900 km (1 802 miles) deep and its composition is highly important for understanding the evolution and dynamics of our Earth. A team of scientists has conducted a research which suggests that bridgmanite, the most common mineral on our planet, might occupy 20% of the boundary. Results of the research could explain previous seismic observations and geodynamical modeling results.
Beside occupying about 20 percent of the core-mantle boundary surface bridgmanite and rise up to a depth of about 1 500 km. This finding represents a breakthrough because although bridgmanite is the earth’s most abundant mineral, the researchers only recently have had the ability to precisely measure samples of it in an environment similar to what they think the materials are experiencing inside the earth.
The study has been conducted by taking precise X-ray measurements, with two different beamlines at the Advanced Photon Source of Argonne National Laboratory in Illinois, of synthetic bridgmanite samples compressed by diamond anvil cells (see image below) to over 1 million times the earth’s atmospheric pressure and heated to thousands of degrees. Gathered data has allowed the scientists to compare the results to seismic observations of the core-mantle boundary.
The new measurements of bridgmanite at deep mantle conditions allowed to show that these provinces are very likely to be dense and iron-rich, helping them to remain stable over geologic time.
Researchers have also measured the behavior of iron in the crystal structure of bridgmanite, by using a Mössbauer spectroscopy technique. Results showed the iron-bearing bridgmanite is stable in conditions of extreme temperatures over 2 000 °C (3 632 °F) and pressures up to 130 gigapascals (GPa).
This is the first study to combine high-accuracy density and stiffness measurements with Mössbauer spectroscopy, allowing to pinpoint iron’s behaviour within bridgmanite. The results also show that these provinces cannot possibly contain a large complement of radiogenic elements.
According to the newest results, it seems the rest of the lower mantle is not entirely composed of bridgmanite, as previously thought, and other phases, or minerals, need to be present as well.
There is still a lot of work to be done, such as identifying the dynamics of subducting slabs, which probably plays a role in providing an external force to shape these large bridgmanite provinces.
Source: Caltech: http://www.caltech.edu/

bridgmanite copie

Cette image montre un échantillon de bridgmanite porté à haute température par laser entre deux cellules à enclumes de diamant. Cette manipulation permet aux chercheurs de soumettre l’échantillon à des pressions supérieures à un million de fois l’atmosphère terrestre avec des températures de plusieurs milliers de degrés Celsius.