Des ondes sismiques révèlent de gigantesques structures sous la surface de la Terre

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Le noyau de notre planète pourrait être criblé de “blob en fusion”, des points chauds dont nous ne savons pas ce que s’est et d’où ils viennent, mais selon une nouvelle étude, ils sont là.

Image d’entête : profondément sous les îles Marquises, dans le Pacifique Sud, se trouve une structure géante proche du noyau de la Terre. (Wikimédia)

Vous êtes-vous déjà demandé comment nous en savons autant sur l’intérieur de la Terre ? Depuis que nous sommes enfants, on nous dit que la Terre a une croûte, un manteau et un noyau, mais comment le savons-nous ? Le rayon de la Terre mesure des milliers de kilomètres, et le trou le plus profond que l’humanité ait jamais creusé ne descend qu’à 10 km, donc ce n’est pas comme si nous y étions allés pour voir ce qui se passait.

La plupart des informations dont nous disposons sur la structure de la Terre proviennent des tremblements de terre.

Lorsqu’un tremblement de terre a lieu, il envoie des ondes sismiques dans toutes les directions. Ces ondes sont essentiellement des ondes acoustiques, qui se propagent à l’intérieur de la planète. Les sismologues détectent ces ondes à l’aide de stations spécialisées placées dans le monde entier. En analysant ces ondes, ils peuvent comprendre certaines des propriétés de la structure de la planète, un peu comme un ultrason. C’est exactement ce qui s’est passé ici.

Les chercheurs se sont penchés sur les échos générés par un type d’onde spécifique. Ce type particulier d’onde se déplace le long de la limite entre le noyau et le manteau et on l’appelle une onde de cisaillement (ou onde S). Mais chercher une seule onde sur un sismogramme est très difficile : l’onde de votre tremblement de terre doit se rendre au cœur de la planète, puis revenir à la surface, où on peut la détecter. Les chercheurs ont donc plutôt essayé une approche différente.

L’image ci-dessus montre comment les zones de roche chaude et dense appelées zones d’ultra-basse vitesse situées au plus profond de la terre se déforment et diffusent les ondes sonores produites par les tremblements de terre. En analysant les ondes diffractées enregistrées par les sismogrammes, les scientifiques peuvent déterminer la taille et la forme des ULVZ. (Doyeon Kim/ Université du Maryland)

À l’aide d’un algorithme d’apprentissage automatique, ils ont analysé 7 000 sismogrammes provenant de centaines de grands séismes survenus autour de l’océan Pacifique entre 1990 et 2018, en recherchant des similitudes et des modèles dans les données. Une tache dans le sismographe peut être une coïncidence, mais la même tache dans des centaines de sismogrammes a une signification. Dans ce cas, les chercheurs ont trouvé un certain nombre de taches.

Les résultats suggèrent qu’il existe de vastes zones autour du noyau terrestre où les ondes sismiques se déplacent à une vitesse inférieure à la normale. On pense que ces zones à faible vitesse représentent des blobs en fusion, et selon cette étude, le noyau est beaucoup plus “bombé” que nous le pensions.

En particulier, l’équipe a trouvé beaucoup de ces blobs chauds sous les îles Marquises, un groupe d’îles volcaniques en Polynésie française à peu près à mi-chemin entre l’Amérique du Sud et l’Australie.

Dans l’illustration ci-dessus, les tremblements de terre envoient des ondes sonores à travers la Terre. Les sismogrammes enregistrent les échos lorsque ces ondes se déplacent le long de la limite entre le noyau et le manteau, se diffractant et se courbant autour des structures rocheuses denses. (Doyeon Kim/ Université du Maryland)

Selon le géologue Vedran Lekić de l’université du Maryland :

Nous avons été surpris de trouver sous les îles Marquises un élément aussi important dont nous ne connaissions même pas l’existence auparavant. C’est vraiment passionnant, car cela montre comment l’algorithme peut nous aider à contextualiser les données des sismogrammes à travers le monde d’une manière que nous ne pouvions pas faire auparavant.

L’algorithme lui-même est très prometteur. Il s’appelle Sequencer et il a été conçu pour parcourir de grands ensembles de données astronomiques à la recherche de modèles. Maintenant que les chercheurs l’ont adapté à différents types de données, cette première découverte est déjà passionnante.

Selon Vedran Lekić, professeur associé de géologie à l’université du Maryland et coauteur de l’étude :

Nous avons été surpris de trouver sous les îles Marquises un si grand élément dont nous ne connaissions même pas l’existence auparavant. C’est vraiment passionnant, parce que cela montre comment l’algorithme Sequencer peut nous aider à contextualiser les données des sismogrammes à travers le monde d’une manière que nous ne pouvions pas faire auparavant.

Les chercheurs savaient que certains peuvent exister, mais ils se sont avérés beaucoup plus courants que prévu, ce qui laisse supposer qu’ils peuvent également être présents dans d’autres régions de l’intérieur de la planète.

Toujours selon Lekić :

Nous avons trouvé des échos sur environ 40 % de tous les trajets des ondes sismiques. C’était surprenant car nous nous attendions à ce qu’elles soient plus rares, et cela signifie que les structures anormales à la frontière entre le noyau et le manteau sont beaucoup plus répandues qu’on ne le pensait auparavant.

En outre, comme l’algorithme du séquenceur s’est déjà révélé assez robuste, les chercheurs affirment qu’il pourrait être adapté à d’autres types de recherche.

Les chercheurs de conclure :

L’exploration d’un vaste ensemble de données avec le séquenceur permet une analyse des formes d’ondes sismiques basée sur les données, sans aucune attente préalable. Nous pensons que cette approche sera utile pour de nombreux types de données au-delà des sismogrammes.

L’étude publiée dans Science : Sequencing seismograms: A panoptic view of scattering in the core-mantle boundary region et présentée sur le site de l’université du Maryland : Scientists Detect Unexpected Widespread Structures Near Earth’s Core.