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8.1 : La perspective globale

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    Objectifs d'apprentissage

    À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

    • Décrire les composants de l'intérieur de la Terre et expliquer comment les scientifiques ont déterminé sa structure
    • Spécifiez l'origine, la taille et l'étendue du champ magnétique de la Terre

    La Terre est une planète de taille moyenne d'un diamètre d'environ 12 760 kilomètres (Figure\(\PageIndex{1}\)). En tant que planète intérieure ou terrestre, elle est principalement composée d'éléments lourds tels que le fer, le silicium et l'oxygène, très différents de la composition du Soleil et des étoiles, qui sont dominés par les éléments légers hydrogène et hélium. L'orbite de la Terre est presque circulaire et la Terre est suffisamment chaude pour contenir de l'eau liquide à sa surface. C'est la seule planète de notre système solaire qui n'est ni trop chaude ni trop froide, mais qui est « idéale » pour le développement de la vie telle que nous la connaissons. Certaines des propriétés de base de la Terre sont résumées dans le tableau\(\PageIndex{1}\).

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    Figure\(\PageIndex{1}\) : marbre bleu. Cette image de la Terre vue de l'espace, prise par les astronautes d'Apollo 17, est connue sous le nom de « marbre bleu ». Il s'agit de l'une des rares images d'une Terre pleine prises pendant le programme Apollo ; la plupart des images ne montrent qu'une partie du disque de la Terre exposée au soleil. (source : modification des travaux de la NASA)
    Tableau\(\PageIndex{1}\) : Quelques propriétés de la Terre
    Propriété Mesure
    Axe semi-majeur 1,00 AU
    Période 1,00 an
    Masse 5,98 × 10 × 24 kg
    Diamètre 12 756 km
    Rayon 6378 km
    Vitesse d'échappement 11,2 km/s
    Période de rotation 23 h 56 m 4 s
    Surface 5,1 × 10 8 km 2
    Densité 5,514 g/cm 3
    Pression atmosphérique 1,00 bar

    Intérieur de la Terre

    L'intérieur d'une planète, y compris notre propre Terre, est difficile à étudier, et sa composition et sa structure doivent être déterminées indirectement. Notre seule expérience directe concerne la peau la plus externe de la croûte terrestre, une couche d'une profondeur maximale de quelques kilomètres. Il est important de se rappeler que, à bien des égards, nous en savons moins sur notre propre planète située à 5 kilomètres sous nos pieds que sur les surfaces de Vénus et de Mars.

    La Terre est principalement composée de métaux et de roches silicatées (voir la section Composition et structure des planètes). La majeure partie de ce matériau est à l'état solide, mais une partie est suffisamment chaude pour être fondue. La structure des matériaux à l'intérieur de la Terre a été étudiée de manière très détaillée en mesurant la transmission des ondes sismiques à travers la Terre. Ce sont des ondes qui se propagent à l'intérieur de la Terre à la suite de séismes ou de sites d'explosion.

    Les ondes sismiques traversent une planète un peu comme les ondes sonores qui traversent une cloche. Tout comme les fréquences sonores varient en fonction du matériau dont est faite la cloche et de la manière dont elle est construite, la réponse d'une planète dépend de sa composition et de sa structure. En surveillant les ondes sismiques à différents endroits, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur les couches traversées par les ondes. Certaines de ces vibrations se propagent le long de la surface, d'autres passent directement par l'intérieur. Des études sismiques ont montré que l'intérieur de la Terre se compose de plusieurs couches distinctes de compositions différentes, illustrées à la Figure\(\PageIndex{1}\). Au fur et à mesure que les ondes traversent différents matériaux à l'intérieur de la Terre, elles se plient (ou se réfractent), tout comme les ondes lumineuses des lentilles de télescope, de sorte que certaines stations sismiques de la Terre reçoivent les ondes et d'autres se trouvent dans des « ombres ». La détection des ondes dans un réseau de sismographes aide les scientifiques à construire un modèle de l'intérieur de la Terre, montrant les couches liquides et solides. Ce type d'imagerie sismique n'est pas différent de celui utilisé en échographie, un type d'imagerie utilisé pour voir l'intérieur du corps.

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    Figure\(\PageIndex{2}\) : Structure intérieure de la Terre. La croûte, le manteau et les noyaux intérieurs et extérieurs (solides et liquides, respectivement) tels que révélés par des études sismiques.

    La couche supérieure est la croûte, la partie de la Terre que nous connaissons le mieux (Figure\(\PageIndex{3}\)). La croûte océanique couvre 55 % de la surface de la Terre et est principalement immergée sous les océans. Il mesure généralement environ 6 kilomètres d'épaisseur et est composé de roches volcaniques appelées basalte. Produits par le refroidissement de la lave volcanique, les basaltes sont principalement composés de silicium, d'oxygène, de fer, d'aluminium et de magnésium. La croûte continentale couvre 45 % de la surface, dont une partie se trouve également sous les océans. La croûte continentale a une épaisseur de 20 à 70 kilomètres et est principalement composée d'une classe volcanique différente de silicates (roches faites de silicium et d'oxygène) appelée granit. Ces roches crustales, à la fois océaniques et continentales, ont généralement des densités d'environ 3 g/cm 3. (À titre de comparaison, la densité de l'eau est de 1 g/cm 3.) La croûte est la couche la plus facile à étudier pour les géologues, mais elle ne représente qu'environ 0,3 % de la masse totale de la Terre.

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    Figure\(\PageIndex{3}\) : Croûte terrestre. Cette image générée par ordinateur montre la surface de la croûte terrestre telle que déterminée à partir d'images satellites et de la cartographie radar du fond de l'océan. Les océans et les lacs sont représentés en bleu, les zones plus sombres représentant la profondeur. La terre ferme est représentée dans des tons de vert et de brun, et les calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique sont représentées dans des tons de blanc.

    La plus grande partie de la Terre solide, appelée manteau, s'étend de la base de la croûte jusqu'à une profondeur de 2 900 kilomètres. Le manteau est plus ou moins solide, mais aux températures et pressions qui s'y trouvent, la roche du manteau peut se déformer et s'écouler lentement. La densité dans le manteau augmente vers le bas, passant d'environ 3,5 g/cm 3 à plus de 5 g/cm3 en raison de la compression produite par le poids du matériau sus-jacent. Des échantillons de matériaux du manteau supérieur sont parfois éjectés des volcans, ce qui permet une analyse détaillée de sa chimie.

    À partir d'une profondeur de 2900 kilomètres, nous rencontrons le noyau métallique dense de la Terre. Avec un diamètre de 7 000 kilomètres, notre noyau est nettement plus grand que l'ensemble de la planète Mercure. Le noyau externe est liquide, mais la partie la plus interne du noyau (environ 2400 kilomètres de diamètre) est probablement solide. Outre le fer, le noyau contient probablement des quantités importantes de nickel et de soufre, tous comprimés jusqu'à une densité très élevée.

    La séparation de la Terre en couches de différentes densités est un exemple de différenciation, le processus qui consiste à trier les principales composantes d'une planète par densité. Le fait que la Terre soit différenciée suggère qu'elle était autrefois suffisamment chaude pour que son intérieur fonde, ce qui a permis aux métaux les plus lourds de s'enfoncer au centre et de former un noyau dense. Les preuves de la différenciation proviennent de la comparaison de la densité apparente de la planète (5,5 g/cm 3) avec les matériaux de surface (3 g/cm 3), ce qui suggère que des matériaux plus denses doivent être enfouis dans le noyau.

    Champ magnétique et magnétosphère

    Nous pouvons trouver des indices supplémentaires sur l'intérieur de la Terre grâce à son champ magnétique. Notre planète se comporte d'une certaine façon comme s'il y avait une barre magnétique géante à l'intérieur, alignée approximativement sur les pôles de rotation de la Terre. Ce champ magnétique est généré par le déplacement de matière dans le noyau métallique liquide de la Terre. Lorsque le métal liquide à l'intérieur de la Terre circule, il crée un courant électrique circulant. Lorsque de nombreuses particules chargées se déplacent ainsi ensemble, en laboratoire ou à l'échelle d'une planète entière, elles produisent un champ magnétique.

    Le champ magnétique de la Terre s'étend dans l'espace environnant. Lorsqu'une particule chargée rencontre un champ magnétique dans l'espace, elle est piégée dans la zone magnétique. Au-dessus de l'atmosphère terrestre, notre champ est capable de piéger de petites quantités d'électrons et d'autres particules atomiques. Cette région, appelée magnétosphère, est définie comme la zone à l'intérieur de laquelle le champ magnétique de la Terre domine sur le faible champ magnétique interplanétaire qui s'étend vers l'extérieur depuis le Soleil (Figure\(\PageIndex{4}\)).

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    Figure\(\PageIndex{4}\) : Magnétosphère de la Terre. Une vue en coupe de notre magnétosphère (ou zone d'influence magnétique), telle que révélée par de nombreuses missions spatiales. Remarquez comment le vent des particules chargées provenant du soleil « souffle » le champ magnétique vers l'extérieur comme une manche à vent.

    D'où proviennent les particules chargées piégées dans notre magnétosphère ? Ils s'écoulent vers l'extérieur à partir de la surface chaude du Soleil ; c'est ce que l'on appelle le vent solaire. Il fournit non seulement des particules que le champ magnétique de la Terre peut piéger, mais il étend également notre champ dans la direction opposée au Soleil. En général, la magnétosphère de la Terre s'étend sur environ 60 000 kilomètres, soit 10 rayons de la Terre, en direction du Soleil. Mais, dans la direction opposée au Soleil, le champ magnétique peut atteindre l'orbite de la Lune, et parfois plus loin.

    La magnétosphère a été découverte en 1958 par des instruments du premier satellite américain de la Terre, Explorer 1, qui a enregistré les ions (particules chargées) piégés dans sa partie interne. Les régions des ions de haute énergie de la magnétosphère sont souvent appelées ceintures de Van Allen en hommage au professeur de l'université de l'Iowa qui a construit l'instrumentation scientifique d'Explorer 1. Depuis 1958, des centaines d'engins spatiaux ont exploré différentes régions de la magnétosphère. Vous pourrez en savoir plus sur son interaction avec le Soleil dans un chapitre ultérieur.

    Concepts clés et résumé

    La Terre est le prototype de la planète terrestre. Sa composition intérieure et sa structure sont sondées à l'aide d'ondes sismiques. Ces études révèlent que la Terre possède un noyau métallique et un manteau de silicate. La couche extérieure, ou croûte, est principalement constituée de basalte océanique et de granit continental. Un champ magnétique global, généré dans le noyau, produit la magnétosphère de la Terre, qui peut piéger les particules atomiques chargées.

    Lexique

    basalte
    roche ignée produite par le refroidissement de la lave ; elle constitue la majeure partie de la croûte océanique de la Terre et se trouve sur d'autres planètes qui ont connu une activité volcanique intense
    noyau
    la partie centrale de la planète ; est constituée de matériaux de plus haute densité
    croûte
    la couche externe d'une planète terrestre
    granit
    un type de roche silicatée ignée qui constitue la majeure partie de la croûte continentale de la Terre
    magnétosphère
    la région autour d'une planète dans laquelle son champ magnétique intrinsèque domine le champ interplanétaire transporté par le vent solaire ; par conséquent, la région dans laquelle les particules chargées peuvent être piégées par le champ magnétique planétaire
    manteau
    la plus grande partie de l'intérieur de la Terre ; elle se trouve entre la croûte et le noyau
    onde sismique
    vibration qui traverse l'intérieur de la Terre ou tout autre objet ; sur Terre, elles sont généralement causées par des tremblements de terre