Au plus profond de la Terre, les minéraux se comportent de manière inattendue

Les scientifiques travaillant avec l'oxyde de fer ont découvert que le minéral conduit l'électricité plus facilement sous les pressions et températures extrêmes trouvées dans les profondeurs de la Terre. Cette découverte pourrait modifier notre compréhension du comportement du champ magnétique terrestre, qui protège notre planète des rayons cosmiques nocifs.

L'oxyde de fer (formule chimique : FeO) est un composant abondant du manteau inférieur de la Terre. Dans le manteau, l'oxyde de fer se combine avec le magnésium pour former un composé appelé ferropériclase.

Oxyde de fer en poudre. Crédit d'image : Wikimedia Commons.

Alors que les scientifiques ne peuvent pas se rendre au centre de la Terre pour étudier l'oxyde de fer qui y réside, ils peuvent recréer les pressions et températures extrêmes trouvées dans le manteau en laboratoire grâce aux nouvelles technologies.

Pour étudier le comportement de l'oxyde de fer dans l'intérieur profond de la Terre, une équipe de scientifiques du Japon et des États-Unis a soumis un échantillon du minéral à des pressions jusqu'à 1,4 million de fois la pression atmosphérique et des températures jusqu'à 4000 degrés Fahrenheit (2478 degrés Kelvin) - conditions comparables à celles de la limite noyau-manteau.

La plupart des minéraux subiront des changements structurels, chimiques et électroniques sous des pressions et des températures extrêmes. Contrairement à ce que les scientifiques s'attendaient à observer, l'oxyde de fer n'a pas subi de changement dans sa structure chimique dans les conditions expérimentales qui ont été testées, mais le minéral a montré une capacité accrue à conduire l'électricité - une propriété que les scientifiques appellent métallisation.

Ronald Cohen est chercheur principal au laboratoire de géophysique de la Carnegie Institution for Science et co-auteur de l'étude sur l'oxyde de fer dans l'intérieur profond de la Terre. Dans uncommuniqué de presse, Cohen a expliqué les résultats de la recherche de l'équipe :



À haute température, les atomes des cristaux d'oxyde de fer sont arrangés avec la même structure que le sel de table commun, NaCl. Tout comme le sel de table, le FeO aux conditions ambiantes est un bon isolant : il ne conduit pas l'électricité. Des mesures plus anciennes ont montré une métallisation dans FeO à des pressions et températures élevées, mais on pensait qu'une nouvelle structure cristalline s'était formée. Nos nouveaux résultats montrent, au contraire, que FeO se métallise sans aucun changement de structure et qu'une température et une pression combinées sont nécessaires. De plus, notre théorie montre que la façon dont les électrons se comportent pour le rendre métallique est différente des autres matériaux qui deviennent métalliques.

Les scientifiques prédisent qu'une augmentation de la conductance électrique de l'oxyde de fer à la frontière noyau-manteau pourrait avoir un impact sur la façon dont le champ magnétique terrestre se propage à la surface de la planète. Cohen a commenté :

La phase métallique renforcera l'interaction électromagnétique entre le noyau liquide et le manteau inférieur. Cela a des implications pour le champ magnétique terrestre, qui est généré dans le noyau externe. Cela changera la façon dont le champ magnétique se propage à la surface de la Terre, car il fournit un couplage magnétomécanique entre le manteau et le noyau terrestres.

L'intérieur de la Terre. Crédit d'image : USGS.

Russell Hemley, directeur du laboratoire de géophysique de la Carnegie Institution for Science a noté dans le communiqué de presse :

Le fait qu'un minéral ait des propriétés si différentes, selon sa composition et l'endroit où il se trouve dans la Terre, est une découverte majeure.

ÀAperçude l'étude sur le comportement de l'oxyde de fer dans l'intérieur profond de la Terre a été publiée le 21 décembre 2011, et l'étude sera publiée dans son intégralité dans un prochain numéro deLettres d'examen physique.

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