L’évolution de la Terre peut se résumer à une histoire de refroidissement au cours des 4,5 derniers milliards d’années. La surface de la Terre était recouverte d’un vaste océan de magma.
La surface de la planète s’est refroidie pendant des millions d’années, entraînant la formation d’une croûte fragile. Cependant, plusieurs questions restent sans réponse : À quelle vitesse la Terre s’est-elle refroidie et combien de temps faudra-t-il pour que les processus thermiques susmentionnés s’arrêtent en raison du refroidissement continu ?
La conductivité thermique des minéraux pourrait fournir les informations nécessaires. La conductivité thermique des minéraux agit comme une barrière entre le noyau et le manteau de la Terre. Cette couche limite est importante, car c’est là que la roche visqueuse du manteau terrestre entre en contact direct avec le fer et le nickel en fusion du noyau externe de la planète.
En raison de l’importance de la différence de température entre les deux couches, une quantité importante de chaleur doit traverser cette région. Le minéral bridgmanite est utilisé pour créer cette couche limite.
Cependant, l’estimation de la quantité de chaleur que ce matériau transmet du noyau de la Terre au manteau est un défi en raison de la difficulté de la vérification expérimentale.
Les scientifiques de l’ETH Zurich ont mis au point une méthode de mesure sophistiquée qui leur permet de déterminer la conductivité thermique de la bridgmanite en laboratoire dans les conditions de pression et de température que l’on trouve dans les profondeurs de la Terre. Dans une unité de diamant chauffée par un laser pulsé, une méthode de mesure par absorption optique a été employée.
« Cette technique de mesure nous a permis de démontrer que la conductivité thermique de la bridgmanite est environ 1,5 fois supérieure à ce que l’on pensait jusqu’à présent », a déclaré le professeur de l’ETH Motohiko Murakami. Cela implique également que le transfert de chaleur du noyau vers le manteau est plus important qu’on ne le pensait. L’augmentation du flux de chaleur, à son tour, renforce la convection du manteau et accélère le refroidissement de la Terre. Cela pourrait conduire la tectonique des plaques, qui est maintenue par les mouvements convectifs dans le manteau, à décliner plus rapidement que ce que les experts avaient prévu sur la base des estimations passées de la conduction thermique. »
En outre, les scientifiques ont montré que le refroidissement rapide du manteau modifie les phases minérales stables à la frontière noyau-manteau. La Bridgmanite se transforme en post-perovskite minérale lors du refroidissement.
Lorsque ce matériau post-perovskite se forme à la frontière noyau-manteau et commence à dominer, le processus de collision s’accélère. Cela s’explique par le fait que le minéral est beaucoup plus efficace pour conduire la chaleur que la bridgmanite.
« Nos résultats peuvent nous fournir un nouveau point de vue sur le développement de la dynamique de la Terre », a déclaré Murakami. Elles impliquent que la Terre, comme Mercure et Mars, se refroidit et s’endort beaucoup plus rapidement que prévu. »
« Cependant, nous ne pouvons pas prédire combien de temps il faudra pour que les courants de convection dans le manteau cessent, par exemple. Nous manquons encore de connaissances suffisantes sur ces types d’événements pour en déterminer le moment précis. »