Au plus profond de l'Afrique et du Pacifique central se trouvent des grappes de mystères géologiques, à près de 2 890 kilomètres (1 800 milles) plus bas, au fond du manteau. Les scientifiques utilisent généralement les ondes sismiques générées par les tremblements de terre pour scruter l'intérieur de la Terre. Mais de telles ondes ne sont pas particulièrement éclairantes dans ces régions, où les ondes sismiques ralentissent comme si elles étaient prises dans de la gelée.
Ces régions, potentiellement larges de plusieurs centaines de kilomètres, sont appelées zones à ultra-faible vitesse (ULVZ) et jusqu'à présent, leurs origines sont restées un mystère. Mais maintenant, une équipe de géologues a une idée. En simulant la formation de ces zones mystérieuses, les géologues ont la preuve que les caractéristiques sont en fait des plaques de matériaux anciens, vieux de milliards d'années, qui ont coulé au fond du manteau au fil des ans.
Les chercheurs ont publié leurs découvertes dans Nature Geophysics le 30 décembre. Si leurs simulations sont vraies, alors les ULVZ pourraient être des fenêtres sur les conditions de la Terre primitive.
"Ce qui continue de m'intéresser à leur sujet, c'est qu'il s'agit de caractéristiques si étranges du manteau le plus bas", déclare Michael Thorne, géologue à l'Université de l'Utah et l'un des auteurs.
Pendant des années, les scientifiques n'avaient pas su exactement ce qu'étaient les ULVZ ou ce qui les avait créés. Ces zones se trouvent à la base du manteau, au bord du noyau externe de la Terre. Les scientifiques savaient que ces zones étaient beaucoup plus denses que le manteau environnant, mais cela ne faisait que soulever plus de questions que de réponses.
"Nous pouvons voir ces caractéristiques à de nombreux endroits différents du manteau inférieur, mais nous ne connaissons toujours pas les réponses à de nombreuses questions de base à leur sujet", déclare Thorne. Selon lui, nous ne savons pas de quoi ils sont faits, quelle est leur taille, ni même où ils se trouvent tous.
Savoir comment ils se sont formés pourrait répondre à certaines de ces questions. "Les propriétés physiques des zones à vitesse ultra-faible sont liées à leur origine", explique Surya Pachhai, géophysicienne à l'Université de l'Utah et autre des auteurs, dans un communiqué.
Malheureusement, leur origine est tout aussi trouble que toute autre chose à leur sujet. Certains scientifiques pensaient que les ULVZ pourraient être la source de magma pour les points chauds volcaniques, car ils se trouvent sous des volcans à Hawaï et à Samoa dans le Pacifique. Mais de nombreuses autres ULVZ connues ne s'alignent pas sur les volcans, ce qui semble peu logique.
Et la plupart des théories sur les ULVZ supposaient qu'elles étaient constituées d'une seule couche de matériau. Mais c'était loin d'être certain, et une ULVZ avec plusieurs couches aurait des propriétés très différentes.
Thorne, Pachhai et leurs collègues se sont concentrés sur une zone des ULVZ :située profondément sous la mer de Corail, au nord-est de l'Australie, qui abrite la Grande Barrière de Corail. C'est un endroit idéal, car les tremblements de terre y sont fréquents. Ces tremblements de terre génèrent de nombreuses ondes sismiques que les scientifiques peuvent utiliser pour visualiser l'intérieur de la Terre.
Mais les signatures d'ondes sismiques qu'ils ont observées, à des milliers de kilomètres sous les profondeurs les plus profondes de l'océan, n'offraient que des images floues et incertaines des ULVZ, alors les scientifiques se sont tournés vers des simulations. Ils ont créé des modèles théoriques de l'intérieur de la Terre qui incluent les ULVZ, et ils ont simulé des ondes sismiques les traversant pour déterminer à quoi ces ondes ressembleraient pour un observateur sur leur Terre virtuelle. En exécutant des simulations dans des dizaines de conditions, ils ont comparé les résultats à ce qu'ils avaient observé sous la mer de Corail pour voir dans quelle mesure chaque modèle correspondait.
"L'une des choses les plus frappantes est que Surya a trouvé des preuves que l'ULVZ était en couches", explique Thorne.
La meilleure correspondance avec leur travail correspondait à un scénario dans lequel les ULVZ n'avaient pas de couches uniques, mais plutôt plusieurs couches. Pachhai dit qu'à leur connaissance, il s'agit de la première étude qui en apporte la preuve.
Leurs modèles montrent également que les couches ne sont pas uniformes. Il y a beaucoup d'inégalités dans leur composition et dans leur structure. Ces couches, pensent les chercheurs, doivent s'être formées au début de l'histoire de la Terre.
"Ils ne sont toujours pas bien mélangés après 4,5 milliards d'années de convection du manteau", explique Pachhai.
Les chercheurs pensent que cela pourrait être lié à un cataclysme lorsque la Terre était assez jeune. Il y a quatre milliards et demi d'années, un planétoïde que certains appellent Theia est entré en collision avec la Terre, le même impact qui aurait pu soulever une plaque de débris qui a ensuite fusionné dans la lune.
L'énorme énergie de l'impact aurait enlevé un morceau géant de la Terre et laissé derrière lui un océan de roches fondues mélangées, bourrées et épicées de toutes sortes de gaz et de cristaux. Au fur et à mesure que cet océan se refroidissait et se triait, devenant le manteau et la croûte d'aujourd'hui, des matériaux plus denses auraient pu tomber au fond sans se mélanger.
Ce matériau dense formerait alors la base de ce que sont aujourd'hui les ULVZ.
Bien sûr, ce n'est qu'une théorie, et limitée à un arrêt du globe. En glanant plus de détails sur les ULVZ, les chercheurs disent qu'ils pourraient en apprendre beaucoup plus sur ce à quoi ressemblait cet ancien océan de magma.
"Avec toutes ces diverses questions inconnues qui restent, il reste encore beaucoup de place pour la découverte fondamentale, et c'est ce qui me pousse à les étudier", déclare Thorne, "le potentiel d'ajouter aux connaissances fondamentales sur ce que notre La Terre est faite et comment elle fonctionne."
