Estructura de la Tèrra

L’estructura de la Tèrra designa la reparticion intèrna dei jaç diferents que compausan la Tèrra. D'efiech, la planeta nòstra es compausada de plusors jaç distints separats per de discontinuitats. Aquò fenomèn es la consequéncia dei mecanismes de diferenciacion de la matèria que foguèron mes en òbra durant la formacion de la Tèrra e, pus tard, durant son refrejament. En causa de l'impossibilitat d'analizar dirèctament l'interior de la Tèrra, l'estudi de sei jaç intèrnes necessita d'utilizar de tecnicas indirèctas coma l'observacion deis anomalias gravitacionalas, de la propagacion deis ondas sismicas ò dei proprietats dei neutrinòs aguent traversat la planeta.

Lei premierei teorias regardant l'estructura intèrna de la Tèrra foguèron emesas durant l'Antiquitat. Pasmens, fins au sègle XIX, foguèron sovent fòrça erronèas car la geologia e leis autrei sciéncias necessàrias a l'estudi dei prefondors dau glòbe terrèstre èran pas pron desvolopadas. Lo modèl actuau de la planeta foguèt donc principalament definit durant lo sègle XX. Compren uei tres jaç principaus que son la crosta, lo mantèu e lo nuclèu.

 Istòria 

 Antiquitat e Edat Mejana 

Lei premierei teorias depintant l'estructura intèrna de la Tèrra datan dau periòde antic. Es malaisat de'n dreiçar una lista complèta. D'un biais generau, seis autors assaièron d'i integrar d'elements geologics observables (montanhas, mars, volcans...) e de concepcions filosoficas ò religiosas. Entre lei modèls pus influents, se pòu citar aqueu d'Aristòtel (384-322 avC) que veguèt la Tèrra coma un objècte fach de tèrra e de ròca enviroutat per de jaç d'aiga, d'aire, de fuòc e, fin finala, per l'esfèra deis astres. En causa de la notorietat de son autor, aquela vision s'impausèt en Euròpa e dins la màger part dau mond musulman.

 Lei premierei teorias scientificas 


La revolucion coperniciana e la generalizacion progressiva dau metòde scientific entraïnèron la formulacion de teorias novèlas a partir dei sègles XVI e XVII. Generalament basadas sus de fachs scientifics, demorèron pasmens ben sovent limitadas per la manca de conoissenças en astronomia. Per exemple, en 1644, lo sabent francés René Descartes (1596-1650) presentèt la Tèrra coma un Soleu ancian aguent gardat un nuclèu de tipe solar. Per eu, la Tèrra es ansin facha d'un centre rocassós, d'un jaç d'aiga, d'un jaç d'aire e d'una crosta en equilibri sus lo jaç d'aire. Dins aquò, aquel equilibri èra pas totalament estable, çò que menava a la formacion de fracturas permetent d'explicar la formacion dei relèus e deis oceans.

En 1665, lo prèire alemand Athanasius Kircher (1602-1680) emetèt una autra teoria redigida a partir de seis observacions d'erupcions volcanicas e de terratrèms en Mediterranèa. Segon, la Tèrra es un astre refrejat que conteniá una massa de matèria en fusion. De fracturas dins la crosta entraïnavan de còps de sortidas d'aquela matèria au nivèu dei volcans.

Relativament corrèct per leis informacions disponiblas au sègle XVII, lo modèl de Kircher aguèt pasmens pas una difusion larga. Ansin, au sègle seguent, lo matematician anglés William Whiston (1667-1752) prepausèt de descriure la Tèrra coma lo rèsta d'una vièlha cometa. Edmond Halley (1656-1742) pensava que la planeta èra un sistèma de còcas concentricas separats per de jaç de vuege. Enfin, un autre exemple de teoria dau periòde es lo modèl de l'engenhaire occitan Henri Gautier (1660-1737) qu'imaginèt una Tèrra constituida d'una crosta relativament fina mantenguda en equilibri per d'interaccions entre la gravitat e la fòrça centrifuga.

 L'aparicion dei teorias geologicas 

Au sègle XIX, lo desvolopament de la geologia placèt l'adeqüacion entre lei teorias sus l'estructura intèrna de la Tèrra e l'observacion e lei mesuras geofisicas coma un aspècte fondamentau. Lei geològs s'interessèron donc a l'estudi dau glòbe per formular de teorias pus precisas. Durant lo periòde, descurbiguèron plusors elements importants :
 l'influéncia gravitacionala fòrça febla dei montanhas permet de conclure que la Tèrra es pas curada.
 la descubèrta de ròcas d'origina volcanica dins mai d'una region e lo fenomèn d'aplatiment dei pòls permetèron au naturalista Buffon (1707-1788) d'afiermar que la Tèrra èra en fusion a son origina.
 la mesura de l'aumentacion regulara de la temperatura dins lei minas menèt plusors scientifics, coma lei Francés Joseph Fourier (1768-1830) e Louis Cordier (1777-1861), a postular l'existéncia d'un centre en fusion a una temperatura de plusors miliers de gras.
Pasmens, lei geològs e leis astronòms foguèron pas capables d'explicar l'origina d'aquela calor (refrejament d'un astre inicialament en fusion ? efiechs de reaccions quimicas exotermicas ?). De mai, durant quauquei decennis, la preséncia d'un centre gasós foguèt una ipotèsi. Pasmens, la descubèrta de la variacion dau ponch de fusion en foncion de la pression per William Hopkins (1793-1866) validèt l'idèa d'un centre solid ò liquid.

Finalament, coma durant l'Antiquitat, lo prestigi personau deis autors de modèls aguèt una influéncia determinanta sus sa difusion. Ansin, la teoria pus famosa foguèt aquela de Lord Kelvin (1824-1907). Per eu, a partir de calculs menadas sus lei fòrças de marèia, la Tèrra èra una esfèra assimilabla a un solid elastic. Postulèt tanben que la fònt d'energia permetent de caufar lei zònas centralas èra desconeguda. Enfin, per explicar certanei fenomèns liats ai marèias, deguèt supausar l'existéncia d'un centre rigid(en) Lord Kelvin, « On the rigidity of the earth », Phil. Trans. R. Soc, vol. 153, 1863..

 Lo desvolopament dau modèl modèrne 


Lo desvolopament de la sismologia e lei progrès pus generaus dins la mecanica ondulatòria son a l'origina de la definicion dau modèl actuau de l'estructura intèrna de la Tèrra. D'efiech, l'utilizacion de sismografs permet d'observar lo passatge deis ondas sismicas dins lei jaç intèrnes. Segon lei proprietats dei diferents tipes d'ondas sismicas, aquò permet de modelizar lei proprietats generalas d'aquelei jaç. Gràcias a aquelei tecnicas, divèrsei descubèrtas majoras se debanèron durant la premiera mitat dau sègle XX :
 en 1909, lo Croata Andrija Mohorovičić (1857-1936) descurbiguèt l'existéncia d'una interfàcia entre la crosta e lo mantèu. Aquela discontinuitat pòrta uei son nom : es la discontinuitat de Mohorovičić (sovent dicha Moho).
 en 1912, lo sismològ alemand Beno Gutenberg (1889-1960) poguèt posicionar lo limit entre lo mantèu e lo nuclèu a  km de prefondor.
 en 1926, lo matematician britanic Harold Jeffreys (1891-1989) demostrèt l'existéncia d'un jaç fluid dins lo nuclèu metallic.
 en 1936, la sismològa danesa Inge Lehmann (1888-1993) descurbiguèt l'existéncia dau nuclèu intèrne a  km de prefondor.
En parallèl, autre element major dins la mesa en plaça dau modèl modèrne, divèrsei geofisicians coma Keith Bullen (1906-1976) ò Francis Birch (1903-1992) trabalhèron sus lei formulas permetent d'establir un liame entre la densitat, la temperatura e la pression dei ròcas e dei metaus. Enfin, la descubèrta de la radioactivitat permetèt d'explicar l'origina de la màger part de la calor intèrna de la Tèrra.

 Modèl actuau 

 Estructuras principalas 

 La crosta terrèstra 

La crosta terrèstra representa la partida pus extèrna de la Tèrra. Representa 1,5% dau volum de la planeta e 4,4% de sa massa(en) Donald Turcotte e Gerald Schubert, Geodynamics, Cambridge University Press, 2014.. Es compausada de dos tipes diferents de crosta :
 la crosta continentala es subretot facha de granit. A una espessor mejana de 35 km amb de variacions anant de quauquei quilomètres (dins lei regions de rift) a 75-100 km (dins lei regions montanhosas). Aqueu tipe de crosta ocupa aperaquí 30% de la superficia terrèstra.
 la crosta oceanica es principalament formada per de ròcas volcanicas de tipe basalt. Es relativament fina (en mejana 5 km) mai a una densitat fòrça importanta.

 Lo mantèu 


Lo mantèu terrèstra constituís 84% dau volum de la planeta. Es separat de la crosta per la discontinuitat de Mohorovičić e dau nuclèu per la discontinuitat de Gutenberg. Es principalament compausat de silicats dins un estat solid deformableLei ròcas dau mantèu an una viscositat similara a aquela dau glaç present dins lei glaciers.. Es devesit entre :
 lo mantèu superior, en partida plastic, qu'es fach de peridotitas, d'ortopiroxèns, de clinopiroxèns, de granats e d'una mescla de wadsleyita e de ringwoodita(fr) Sébastien Merkel, Structures minérales et composition de la Terre profonde, Laboratoire Sciences de la Terre, ENS Lyon, 2001, ..
 lo mantèu inferior es principalament compausat de perovskitas calcicas, perovskitas fèrromagnesianas e de magnesiowüstitas. Pus viscós, assosta de corrents de conveccion poderós que permèton lo transferiment de la calor intèrna vèrs lei jaç exterior. Aquelei movements son a l'origina de la deriva dei continents.

 Lo nuclèu 

Lo nuclèu representa 15% dau volum terrèstre. Coma lo mantèu, es compausat de dos jaç principaus :
 lo nuclèu extèrne es liquid e principalament fach de fèrre (80-85%), de niquèl (5%) e d'un element leugier desconegut (sofre, oxigèn, silici, carbòni ?) (10%). Sa temperatura es de  °C e sa densitat es vesina de 10. En revènge, sa viscositat es malaisada de determinar (entre 1 e 100 còps aquela de l'aiga ?). La natura conductritz dau fèrre e la preséncia de corrents de conveccion dins aqueu jaç son a l'origina dau camp magnetic terrèstre.
 lo nuclèu intèrne es solid. Sembla compausat d'un aliatge de 80% de fèrre e de 20% de niquèl eissit de la cristallizacion dau nuclèu extèrne. Sa temperatura mejana es de  °C e sa densitat es d'aperaquí 13. La discontinuitat de Lehmann marca lo limit entre lei zònas dau nuclèu.
La mitat de la calor dau nuclèu es producha per l'energia liberada per la desintegracion d'elements radioactius pesucs(en) Philip C. England e Alan Bruce Thompson, « Pressure—Temperature—Time Paths of Regional Metamorphism I. Heat Transfer during the Evolution of Regions of Thickened Continental Crust », Journal of Petrology, 1984, 25 (4): 894-928.. Pasmens, lei vestigis de la calor primordiala representan totjorn una fraccion importanta qu'es estimada entre 10% e 20%(en) A. Gando, D. A. Dwyer, R. D. McKeown e C. Zhang, « Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements », Nature Geoscience, vol. 4, n° 9,‎ 2011, pp. 647–651)..

 Estructuras segondàrias 

 Leis estructuras tectonicas 

La litosfèra es constituida per la crosta terrèstra e per lei jaç superiors dau mantèu. Fragmentada per lei remontadas de magma, es lo supòrt dei placas tectonicas. Son espessor varia de 100 a 200 km. En dessota, se tròba l'astenosfèra qu'es un jaç caracterizat per la fusion parciala dei peridotitas que compausan lo mantèu extèrne. Aquò favoriza la fluiditat dei ròcas presents dins lo jaç e favoriza lo movement dei placas. Pasmens, l'astenosfèra es sovent absenta dins lei regions montanhosas.

Una consequéncia d'aquelei desplaçaments de placas es la formacion de zònas de subduccion caracterizadas per la cabussada d'un troç de placa dins lei jaç extèrnes dau mantèu fins a de prefondors de 600 km. Durant aqueu procès, lei ròcas de la crosta e de la litosfèra son somesas a de temperaturas e de pression que pòdon entraïnar lor fusion ò congrear de transformacions fisicoquimicas a l'origina dei ròcas metamorficas.

 Lei ponchs cauds 

Lei ponchs cauds son de fenomèns localizats que son la consequéncia de remontadas de magma caud originari de la region situada entre lo mantèu intèrne e lo nuclèu extèrne. L'origina d'aquelei ponchs es pas ben compresa.

 Annèxs 

 Liames intèrnes 

 Astenosfèra.
 Basalt.
 Crosta terrèstra.
 Discontinuitat de Gutenberg.
 Discontinuitat de Lehmann.
 Discontinuitat de Mohorovičić.
 Fèrre.
 Granit.
 Litosfèra.
 Magma.
 Mantèu (geologia).
 Niquèl.
 Nuclèu (geologia).
 Planeta.
 Ponch caud.
 Silicats.
 Sismologia.
 Tectonica dei placas.
 Tèrra.
 Tèrratrem.
 Volcan.

 Bibliografia 

 (fr) N. Cabrol e E. Grin, La Terre et la Lune, Que sais-je, n° 875, PUF, 1998.
 (fr) Vincent Deparis et Hilaire Legros, Voyage à l’intérieur de la Terre, CNRS Editions, 2000.
 (fr) René Dars, La géologie, Que sais-je, n° 525, PUF, 2000.
 (fr) Gabriel Gohau, Une histoire de la géologie, Le Seuil, 1990.
 (fr) Maurice Krafft, Les feux de la Terre, Gallimard, 1991.
 (fr) Maurice Mattauer, Ce que disent les pierres, Librairie Pour la Science, 1998.
 (fr) Henri Claude Nataf (s.d. de Joël Sommeria), La physique de la Terre, Belin CNRS Editions, 2000.

 Nòtas e referéncias