Noyau De La Terre Dissertation

dule#de#cisaillement# # # λ,#μ,#paramètres#de#Lamé#

Vitesse des ondes élastiques de cisaillement (S):

vS =

µ !

#densité#augmente#avec#la#profondeur# –  =>#La#terre#ne#peut#être#en@èrement#composée#de# roches# –  Emil#Wiechert#(1898)#suggère#que#la#terre#est#comme# un#météorite#géant#avec#un#noyau#de#fer^nickel#qui,# plus#lourd#que#les#roches#s’est#enfoncé#au#centre#de#la# terre#par#un#processus#similaire#à#la#sépara@on#du#fer# de#sa#gangue#dans#une#enclume.#D’où#l’idée#d’une# terre”#à#deux#couche”s#avec#un#noyau#de#fer/nickel# entouré#d’une#couche#de#roche.#

La terre La#terre#circa#1910#

vue en ~1910

Preuve de l’existence du noyau: Oldham (1906)

Richard Oldham 1858-1936 #Premier directeur du service géologique des Indes

??"

S"

P"

Rayon#du#noyau#par#Oldham:##~2600km#

Oldham, 1906$

Trajets des ondes dans la terre vus par Oldham (1906)

“There#remain#two#important#ques@ons#to#be# answered,#namely#the#size#of#the#core#and#the# rate#of#transmission#of#the#waves#in#it.#As# regards#the#size#of#the#core,#we#have#seen# that#it#is#not#penetrated#by#the#wave^paths# which#emerge#at#120°;#and#the#great#decrease# at#150°#shows#that#the#wave^paths#emerging# at#this#distance#have#penetrated#deeply#into# it.##Now#the#chord#of#120°#reaches#a#maximum# depth#from#the#surface#of#half#the#radius,#and# we#have#seen#that#the#wave#paths#up#to#this# distance#are#convex#towards#the#centre#of#the# Earth,#so#it#may#be#taken#that#the#central#core# does#not#extend#beyond#0.4#of#the#radius# from#the#centre”#(Oldham,$1906).#

Gutenberg (1913) -> profondeur du noyau: 2900 km très proche de la valeur actuelle -> vitesse des ondes P décroit de 13.15km/s à 8.5 km/s (valeurs modernes à ~0.5km/s près

#

Beno Gutenberg 1889-1960

Gutenberg,#1913# Raconté#en#1960,# Science#

Liquidité du noyau: #

–  Suggérée depuis longtemps par l’amplitude des marées terrestres solides, beaucoup plus importante que si la terre était solide et rigide jusquà son centre –  Confirmée par l’absence d’observations d’ondes S à partir de la distance de pénétration dans le noyau. –  Jeffreys (1926): marée terrestre + observations d’ondes S (leur absence): première “preuve” quantitative de l’absence de rigidité du noyau

Sir Harold Jeffreys 1891-1989

Rigidité moyenne de la terre (marées Terrestres) est plus faible que celle du manteau calculée à partir des ondes S

“The$rigidity$of$the$Earth’s$central$core”,$Geophys.$J.$(1926)$

Composition du noyau

•  Démontre en 1952 que le manteau est composé de silicates, le noyau externe, de fer liquide et la graine, de fer cristallin (Birch, 1952, JGR). •  Confirme en 1961 que la densité du noyau est ~10% plus faible que celle du fer aux P et T du noyau

Francis Birch – 1903-1992

•  "Unwary$readers$should$take$warning$that$ ordinary$language$undergoes$modificaJon$to$ a$highKpressure$form$when$applied$to$the$ interior$of$the$Earth.$A$few$examples$of$ equivalents$follow:”$

High"Pressure"Form" Certain# Undoubtedly# Posi@ve#proof# Unanswerable#argument# Pure#iron## Ordinary"Meaning" Dubious# Perhaps# Vague#sugges@on# Trivial#objec@on# Uncertain#mixture#of#all#the# elements#

Birch,$1952,$JGR$

Découverte de la graine: 1936

Observe des phases “P” dans l’ombre du noyau: Nouvelle phase sismique Appelée P’ Article dont le titre est “ P’ ” ->Existence d’une région interne du noyau aux propriétés élastiques différentes de celles Inge Lehmann 1888-1993 de la partie externe.

Shadow Zone

PKIKP

(d après B. Gutenberg)

-> Remarque en 1950 que si la graine est solide, on devrait observer des ondes de type PKJKP ->calcule les temps de propagation et l’amplitude théoriques de ces ondes et conclue qu’elles seraient à la limite de l’observabilité, mais que la distance la plus favorable pour la chercher serait 130-155o

Keith Bullen 1906-1976

#

“Theore@cal#travel#@mes#of#S#waves#in#the#inner#core”,# M.#N.#Geophys.#Suppl.,#6,#125#(1950)# “Theore@cal#amplitudes#of#the#seismic#phase#PKJKP”,## 163,#(1951)#

^>Jacobs (1953) montre que l’augmentation du point de fusion du fer avec la pression (profondeur) implique un changement de phase du fer liquide -> solide aux conditions de la limite noyau-graine (Inner Core Boundary –ICB) ->Faute d’observation concluante de PKJKP, la rigidité non nulle de la graine a été démontrée indirectement par les mesures de fréquences propres de la terre (Dziewonski and Gilbert, 1971; Dziewonski, 1971

0.6

milliHz

2.2

From:$Laske$and$WidmerKSchnidrig,$2007$

Sumatra#Andaman#earthquake#12/26/04#Mw#9.3#

0S2" 0S3" 0S4"

44.2’"

53.9’"

20.9’"" 0S0" δr=0.05m"

3S1"2S2" 1S3" 0S5"

T2" 2S1" 0

1S2" 0T3" 0T4"

Courtesy$of$G.$Roult$

Mode du manteau

Mode du noyau

Depth# Courbes de sensibilité aux paramètres élastiques, en fonction de la profondeur, de deux modes propres sphéroidaux

Exemples de modes sphéroidaux sensibles à la structure du noyau

From$Souriau,$$ 2007$

Group 1

Group 2

- Vs-ic=3.517 km/s Dziewonski and Gilbert, Nature 1971 Also Dziewonski, Science, 1971- radial modes

PRELIMINARY REFERENCE EARTH MODEL (PREM)

ICB#

Radius#[m]#

Dziewonski and Anderson, 1981

Hcp iron density versus pressure – comparison with PREM

Poirier, 1994

From$in$situ$measurements$

D’après Badding et al., 1991

PREM – Preliminary Reference Earth Model – Dziewonski and Anderson, 1981 AK135 – Kennett et al., 1995

Paramètres#physiques#du#noyau#–à#par@r#du#modèle#PREM#(Dziewonski#and#Anderson,# 1981#

D’après#Souriau,#2007,#Trea@se#on# Geophysics#

---------------------------------------------------------Dans le manteau: P ondes de compression dans le manteau S ondes de cisaillement dans le manteau c réflection sur la CMB D’où PKP et SKS…. PcP onde réfléchie sur la CMB -----------------------Dans le noyau: i réflection sur l’ICB K ondes de compression dans le noyau externe I ondes de compression dans le noyau interne D’où PKIKP ou PKiKP

Nomenclature des ondes sismiques de volume

PKiKP PnKP PcP, ScS, PcS, ScP PKiKP PKJKP SKS SmKS

PKP= Ondes réfractées

From:$Stein$and$Wysession,$2003$