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Le mystère de la vitesse des ondes sismiques : révéler la structure cachée de l'intérieur de la Terre !
La structure de vitesse des ondes sismiques reflète les propriétés intérieures de la Terre et des autres planètes, notamment la composition des matériaux, la densité, la porosité et la température. Les géophysiciens s'appuient sur l'analyse et l'interprétation de la structure des vitesses dans l'exploration des ressources, la sismologie et pour acquérir une compréhension plus approfondie du développement géologique de la Terre.
« Des théories sismologiques plus avancées et de nouvelles données nous ont permis de mieux comprendre la structure de l'intérieur de la Terre. »
Histoire
Depuis l’avènement de la sismologie moderne, des progrès significatifs ont été réalisés dans notre compréhension de la structure de vitesse des ondes sismiques. L’invention du sismomètre au XIXe siècle a stimulé des recherches systématiques et rendu possible l’enregistrement et l’analyse des ondes sismiques.
Les avancées du XXe siècle
Au XXe siècle, d’importantes avancées ont été réalisées en sismologie. Par exemple, en 1909, Andrea Mohorovich a identifié une limite importante à l’intérieur de la Terre appelée la discontinuité de Mohorovich, qui représente la division entre la croûte et le manteau et s’accompagne d’une augmentation significative de la vitesse des ondes sismiques. Au cours des décennies qui ont suivi, la collecte et la compréhension des données sur les tremblements de terre ont progressé considérablement grâce à la mise en place d’un réseau mondial de sismographes standardisés.
Le progrès au 21e siècle
Les recherches du 21e siècle se sont concentrées sur une modélisation plus précise de la structure de la vitesse interne de la Terre, en particulier des propriétés du noyau interne et du développement de technologies telles que l'imagerie acoustique, rendant possibles des modèles détaillés de la structure interne de la Terre.
Principes de la structure de vitesse
L’étude de la structure de la vitesse des ondes sismiques révèle systématiquement la composition matérielle et l’état physique de l’intérieur de la Terre. Les variations de la vitesse des ondes sont affectées par la densité et l'état de la matière, ce qui nous renseigne sur le fonctionnement de la structure profonde de la Terre.
« Les ondes P traversent toute la matière, tandis que les ondes S ne traversent que la matière solide, ce qui leur confère des rôles différents pour nous aider à comprendre la structure de la Terre. »
Structure de vitesse de la Terre
Les ondes sismiques se déplacent à des vitesses différentes dans différentes couches de la Terre, et ces variations sont étroitement liées à la température, à la composition et à la pression correspondantes. Les caractéristiques structurelles de la Terre comprennent des discontinuités sismiques distinctes, qui représentent des changements dans la composition minérale ou l’état physique.
Croûte terrestre
Les vitesses des ondes P et S de la croûte terrestre varient respectivement de 6,0 à 7,0 km/s et de 3,5 à 4,0 km/s. Les vitesses sismiques dans la croûte terrestre ont tendance à augmenter avec la profondeur, principalement en raison de la pression accrue, qui rend le matériau plus dense.
Manteau supérieur
La vitesse moyenne de l'onde P dans le manteau supérieur est de 7,5 à 8,5 km/s et celle de l'onde S de 4,5 à 5,0 km/s. L'augmentation de la vitesse sismique est principalement attribuée à une augmentation de la pression.
Manteau inférieur
La vitesse moyenne de l'onde P dans le manteau inférieur varie de 10 à 13 km/s, tandis que la vitesse de l'onde S varie de 5,5 à 7,0 km/s. L’augmentation de la vitesse dans cette couche est principalement due à la pression plus forte de l’environnement.
Noyau externe et noyau interne
La vitesse moyenne de l'onde P du noyau externe est de 8,0 à 10 km/s, tandis que l'onde S ne peut pas se propager, indiquant son état fluide ; tandis que la vitesse moyenne de l'onde P du noyau interne est d'environ 11 km/s. s et l'onde S est de 3,5 km/s. /s, ce qui montre que l'intérieur est composé d'un solide de haute densité.
« L'anisotropie du noyau interne fait varier la vitesse des ondes sismiques en fonction de la direction dans laquelle elles se déplacent, ce qui suggère que la rotation de la Terre a également un effet sur l'alignement des cristaux du noyau. »
Structures de vitesse d'autres planètes
Outre la Terre, les structures de vitesse de la Lune et de Mars ont également été largement étudiées. Les enregistrements de vitesse des ondes sismiques lunaires proviennent principalement des données de la mission Apollo, tandis que les données sismiques martiennes proviennent principalement de la mission InSight.
Structure de vitesse de la lune
La croûte lunaire a une épaisseur d'environ 60 km, avec des vitesses d'ondes P allant de 5,1 à 6,8 km/s et des vitesses d'ondes S allant de 2,96 à 3,9 km/s. Les différences dans les couches internes entraînent des variations significatives de la vitesse à différentes profondeurs.
Structure de vitesse de Mars
L'épaisseur de la croûte de Mars est de 10 à 50 km, et les vitesses des ondes P et S sont respectivement comprises entre 3,5 et 5 km/s et 2 à 3 km/s. À mesure que la profondeur augmente, l’augmentation de la pression entraîne également une augmentation de la vitesse.
Projets futurs
Actuellement, l’exploration sismique d’autres corps dans l’espace est relativement limitée. Toutefois, les futures missions spatiales devraient étendre ces études à un champ plus large, offrant ainsi des informations sur d’autres types de planètes de notre système solaire et leurs structures intérieures.
Après avoir compris les diverses complexités de la structure de la vitesse des ondes sismiques, quelles nouvelles connaissances pouvons-nous acquérir sur ces mondes souterrains cachés ?
