Deux points massifs dans le manteau terrestre confondent les scientifiques avec leurs propriétés étonnantes

Vue 3D du point du manteau terrestre sous l’Afrique, représenté en rouge, jaune et orange. Le cyan représente la limite principale du manteau, le bleu indique la surface et le gris transparent indique les continents. Crédit : Mingming Li / ASU

La terre est stratifiée comme un oignon, avec une croûte externe mince, un manteau épais et collant, un noyau externe liquide et un noyau interne solide. Dans le manteau, il y a deux structures massives en forme de points, à peu près de chaque côté de la planète. Les points, officiellement appelés grandes provinces à basse vitesse (LLSVP), ont chacun la taille d’un continent et 100 fois plus haut que le mont Everest. L’un est situé sous le continent africain, l’autre sous l’océan Pacifique.

À l’aide d’instruments qui mesurent les ondes sismiques, les scientifiques savent que ces deux gouttes ont des formes et des structures complexes, mais malgré leurs caractéristiques remarquables, on sait peu de choses sur la raison de leur existence ou sur ce qui a conduit à leurs formes étranges.

Les scientifiques de l’ASU Qian Yuan et Mingming Li du College of Earth and Space Exploration ont entrepris d’en savoir plus sur ces deux points en utilisant la modélisation géodynamique et les analyses d’études sismiques publiées. Grâce à leurs recherches, ils ont pu déterminer la hauteur maximale atteinte par les gouttes et comment la taille et la densité des gouttes, ainsi que la viscosité environnante dans le manteau, peuvent contrôler leur hauteur. Leurs recherches ont récemment été publiées dans

The results of their seismic analysis led to a surprising discovery that the blob under the African continent is about 621 miles (1,000 km) higher than the blob under the Pacific Ocean. According to Yuan and Li, the best explanation for the vast height difference between the two is that the blob under the African continent is less dense (and therefore less stable) than the one under the Pacific Ocean.

To conduct their research, Yuan and Li designed and ran hundreds of mantle convection models simulations. They exhaustively tested the effects of key factors that may affect the height of the blobs, including the volume of the blobs and the contrasts of density and viscosity of the blobs compared with their surroundings. They found that to explain the large differences of height between the two blobs, the one under the African continent must be of a lower density than that of the blob under the Pacific Ocean, indicating that the two may have different composition and evolution.

“Our calculations found that the initial volume of the blobs does not affect their height,” lead author Yuan said. “The height of the blobs is mostly controlled by how dense they are and the viscosity of the surrounding mantle.”

“The Africa LLVP may have been rising in recent geological time,” co-author Li added. “This may explain the elevating surface topography and intense volcanism in eastern Africa.”

These findings may fundamentally change the way scientists think about the deep mantle processes and how they can affect the surface of the Earth. The unstable nature of the blob under the African continent, for example, may be related to continental changes in topography, gravity, surface volcanism and plate motion.

“Our combination of the analysis of seismic results and the geodynamic modeling provides new insights on the nature of the Earth’s largest structures in the deep interior and their interaction with the surrounding mantle,” Yuan said. “This work has far-reaching implications for scientists trying to understand the present-day status and the evolution of the deep mantle structure, and the nature of mantle convection.”

Reference: “Instability of the African large low-shear-wave-velocity province due to its low intrinsic density” by Qian Yuan and Mingming Li, 10 March 2022, Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-022-00908-3

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