La recherche des montagnes cachées de la Terre

C'était une journée d'été éclatante en Antarctique. À travers des cils gelés, Samantha Hansen a cligné des yeux sur le paysage sans relief : un mur de blanc, où le haut était le même que le bas, et le sol se fondait parfaitement dans le ciel. Au milieu de ces conditions désorientantes, avec des températures d'environ -62 ° C (-80 ° F), elle a identifié un endroit approprié dans la neige et a sorti une bêche.

Hansen se trouvait dans l'intérieur sombre du continent - pas l'Antarctique relativement doux et pittoresque des croisières en bateau, mais un environnement impitoyable rarement même bravé par la faune locale. En tant que membre d'une équipe de l'Université de l'Alabama et de l'Arizona State University, elle cherchait des chaînes de montagnes cachées - des sommets sur lesquels aucun explorateur n'a jamais mis le pied, qu'aucun soleil n'a jamais éclairés. Ces montagnes se trouvent au plus profond de la Terre.

C'était en 2015 et les chercheurs étaient en Antarctique pour installer une station de sismologie – un équipement, à moitié enfoui dans la neige, qui leur permettrait d'étudier l'intérieur de notre planète. Au total, l'équipe en a installé 15 à travers l'Antarctique.

Les structures montagneuses qu'ils ont révélées sont tout à fait mystérieuses. Mais l'équipe de Hansen a découvert que ces zones à vitesse ultra-faible ou ULVZ, comme on les appelle, sont également susceptibles d'être presque omniprésentes - où que vous soyez dans le monde, elles peuvent se cacher loin sous vos pieds. "Nous avons trouvé des preuves d'ULVZ un peu partout [nous avons regardé]", explique Hansen. La question est - quels sont-ils? Et que font-ils à l'intérieur de notre planète ?

Une histoire mystérieuse

Les étranges montagnes intérieures de la Terre se situent à un seuil critique : celui entre le noyau métallique de la planète et le manteau rocheux qui l'entoure. Cette transition abrupte est, comme le souligne l'équipe de Hansen, encore plus drastique que le changement de propriétés physiques entre la roche solide et l'air. Il intrigue les experts depuis des décennies – aussi énigmatique qu'influent sur la géologie de la planète.

Bien que la « frontière noyau-manteau » se trouve à des milliers de kilomètres de la surface de la Terre, il existe une quantité surprenante d'échanges entre ses profondeurs insondables et notre propre monde. On pense qu'il s'agit d'une sorte de cimetière pour d'anciens morceaux du fond de l'océan - et il pourrait même être à l'origine de l'existence de volcans dans des endroits inattendus, comme Hawaï, en créant des autoroutes surchauffées vers la croûte.

L'histoire des montagnes de la Terre profonde a commencé en 1996, lorsque des scientifiques ont exploré la frontière noyau-manteau loin sous l'océan Pacifique central. Ils l'ont fait en étudiant les ondes sismiques créées par des événements massifs faisant trembler le sol : généralement des tremblements de terre, bien que les bombes nucléaires puissent produire le même effet. Ces ondes traversent la Terre et peuvent être captées par des stations sismiques à d'autres endroits sur sa surface, parfois à plus de 12 742 km (7 918 miles) de leur point de départ. En examinant les chemins empruntés par les ondes lorsqu'elles se déplacent - comme la façon dont elles sont réfractées par différents matériaux - les scientifiques peuvent reconstituer une image de type rayons X de l'intérieur de la planète.

Lorsque les chercheurs ont examiné les ondes générées par 25 tremblements de terre, ils ont constaté qu'elles ralentissaient inexplicablement lorsqu'elles atteignaient une zone déchiquetée à la frontière noyau-manteau. Cette vaste chaîne de montagnes d'un autre monde était très variable - certains sommets s'étendaient sur 40 km (24,8 miles) dans le manteau, ce qui équivaut à 4,5 fois la hauteur de l'Everest. Pendant ce temps, d'autres ne faisaient que 3 km (1,7 miles) de haut.

Depuis lors, des montagnes similaires ont été trouvées cachées à des endroits dispersés tout autour du noyau. Certains sont particulièrement grands : un spécimen de monstre occupe un patch de 910 km (565 miles) sous Hawaï.

Pourtant, à ce jour, personne ne sait comment ils sont arrivés là, ni de quoi ils sont faits.

La majeure partie de la croûte terrestre est constituée de basalte – et cela pourrait aussi être le matériau derrière les mystérieuses montagnes de la Terre profonde (Crédit : Getty Images)

Une idée est que les montagnes sont des parties du manteau inférieur qui ont été surchauffées en raison de leur proximité avec le noyau incandescent de la Terre. Alors que le manteau peut atteindre 3 700 °C (6 692 °F), c'est relativement doux – le noyau peut atteindre des sommets de flexion des atomes de 5 500 °C (9 932 °F) – pas loin de la température à la surface du Soleil. Il est suggéré que les parties les plus chaudes de la frontière noyau-manteau pourraient devenir partiellement fondues - et c'est ce que les géologues considèrent comme des ULVZ.

Alternativement, les montagnes de la Terre profonde pourraient être constituées d'un matériau subtilement différent du manteau environnant. Incroyablement, on pense qu'ils pourraient être les restes d'une ancienne croûte océanique qui a disparu dans ses profondeurs, s'effondrant finalement sur des centaines de millions d'années pour se déposer juste au-dessus du noyau.

Dans le passé, les géologues se sont tournés vers une deuxième énigme pour trouver des indices. Les montagnes de la Terre profonde ont tendance à se trouver à proximité d'autres structures mystérieuses : d'énormes gouttes ou de grandes provinces à faible vitesse de cisaillement (LLSVP). Il n'y en a que deux : une masse amorphe appelée "Tuzo" sous l'Afrique et une autre connue sous le nom de "Jason" sous le Pacifique. On pense qu'ils sont vraiment primitifs, peut-être vieux de plusieurs milliards d'années. Encore une fois, personne ne sait ce qu'ils sont, ou comment ils sont arrivés là. Mais leur proximité avec les montagnes a fait croire qu'elles sont liées d'une manière ou d'une autre.

Une façon d'expliquer cette association est qu'elle a effectivement commencé avec des plaques tectoniques glissant dans le manteau terrestre et s'enfonçant jusqu'à la limite noyau-manteau. Celles-ci se sont ensuite lentement étendues pour former un assortiment de structures, laissant une traînée de montagnes et de gouttes. Cela signifierait que les deux sont fabriqués à partir d'une ancienne croûte océanique : une combinaison de roches basaltiques et de sédiments du fond de l'océan, bien que transformés par la chaleur et la pression intenses.

Mais l'existence de montagnes de la Terre profonde sous l'Antarctique pourrait contredire cela, suggère Hansen. "La majeure partie de notre région d'étude, l'hémisphère sud, est assez éloignée de ces grandes structures."

Une quête glaciale

Pour installer leurs stations de sismologie antarctique, Hansen et son équipe se sont envolées vers des endroits appropriés dans des hélicoptères et de petits avions, plaçant l'équipement dans de la neige jusqu'à la taille - certaines près de la côte, sous le regard curieux des pingouins résidents, d'autres à l'intérieur des terres.

Il n'a fallu que quelques jours pour obtenir les premiers résultats. Les instruments peuvent détecter des tremblements de terre presque n'importe où sur la planète - "Si c'est assez gros, nous pouvons le voir", dit Hansen - et il y a beaucoup d'opportunités. Le National Earthquake Information Center des États-Unis en enregistre environ 55 dans le monde chaque jour.

Alors que l'identification des chaînes de montagnes de la Terre profonde avait déjà été faite, personne ne les avait jamais vérifiées sous l'Antarctique. Ce n'est pas près des taches mystérieuses, ni près de l'endroit où des plaques tectoniques sont récemment tombées. Pourtant, à la surprise de l'équipe, ils les ont trouvés sur tous les sites échantillonnés.

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Auparavant, on pensait que les montagnes étaient dispersées à proximité d'endroits occupés par des gouttes. Mais les résultats de Hansen suggèrent qu'ils peuvent former une couverture continue qui s'enroule autour du noyau de la Terre.

Tester cette idée nécessitera beaucoup plus d'investigations : avant l'étude antarctique, seulement 20% de la limite noyau-manteau avait été vérifiée. "Mais nous espérons combler cette lacune", déclare Hansen, qui explique que cela dépend également du développement de nouvelles techniques d'identification des structures plus petites. Dans certaines régions, les structures ULVZ ressemblent plus à des plateaux minces qu'à des montagnes, il n'est donc pas encore possible de voir la couche entière - elles n'apparaissent pas sur les sismographes, si elles sont là du tout.

Cependant, si les montagnes sont vraiment si répandues, cela aurait des implications à la fois sur leur composition et sur la manière dont elles sont liées aux structures de blob plus grandes. Les plus petits restes de plaques tectoniques, de la taille d'une montagne, auraient-ils vraiment pu se retrouver dispersés aussi loin des plus grosses gouttes ?

Quoi que nous découvrions, il est étrangement approprié que le paysage glacial et extraterrestre de l'Antarctique nous ait donné des indices sur les montagnes étranges et surchauffées de la Terre profonde.

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