Pourquoi la Terre a-t-elle des couches?

Tu sais probablement déjà que la Terre est constituée de couches. Mais sais-tu pourquoi? Regardons ce qui s’est passé sur la Terre et dans l’espace pour former ces couches.

Qu’est-ce que la densité?

Tout ce qui se trouve dans l’univers est constitué de molécules. Dans les solides, les molécules sont très rapprochées les unes des autres. Elles ne sont pas aussi tassées dans les liquides, et le sont encore moins dans les gaz. C’est pourquoi les liquides et les gaz peuvent prendre la forme du contenant dans lequel ils se trouvent, alors que c’est impossible pour les solides. 

La densité (D) est la relation entre la masse (m) d’un objet ou d’une substance et son volume (v). On peut la calculer à l’aide de la formule D = m/v. Prenons le bois et le plomb. Tous deux sont des solides. Mais dans un mètre cube de plomb, les molécules sont beaucoup plus tassées que dans un mètre cube de bois. Cela a pour conséquence que la masse d’un mètre cube de plomb est plus grande que celle d’un mètre cube de bois. Pour le même volume, le plomb est donc beaucoup plus dense que le bois. 

Les objets et les substances qui sont plus denses subissent sur leur masse une plus grande force gravitationnelle. C’est pourquoi les matières qui ont des densités différentes forment des couches. As-tu déjà vu une vinaigrette faite avec de l’huile et du vinaigre? L’huile forme une couche au-dessus du vinaigre parce qu’elle est moins dense que le vinaigre. 

Ces concepts peuvent également s’appliquer aux couches de la Terre. Comme l’atmosphère de la Terre est constituée de gaz, elle est moins dense que la croûte terrestre, qui est un solide. C’est pour cette raison que la surface et l’atmosphère de la Terre forment des couches distinctes.

Nous reviendrons à la densité dans un instant, après avoir jeté un coup d’œil aux matières qui forment la Terre.

Comment la formation des planètes agit-elle sur leurs couches?

Avant qu’il y ait des planètes ou des étoiles dans l’univers, il n’y avait que d’énormes masses d’atomes d’hydrogène et d’hélium qui flottaient dans l’espace. Au bout d’un certain temps, ces atomes ont formé des nuages de gaz qui ont développé leur propre force d’attraction. Les forces gravitationnelles devenant de plus en plus fortes, les étoiles se sont formées. Le processus de fusion nucléaire empêchait les noyaux très denses des nouvelles étoiles de s’effondrer sur eux-mêmes. À mesure que la fusion nucléaire progressait, des éléments plus lourds se sont formés à l’intérieur des étoiles. Le carbone, l’oxygène, le nickel et le fer sont des exemples de ces éléments plus lourds.

L’hydrogène et l’hélium ont continué de former des étoiles, comme notre Soleil. Mais les éléments plus lourds sont entrés en collision, formant des poussières et des débris. Ces poussières et débris ont fini par former divers corps astronomiques comme les astéroïdes, les lunes et les planètes.

Dans notre système solaire, les planètes qui se trouvent le plus près du Soleil sont différentes des planètes les plus éloignées. Mercure, Vénus, la Terre et Mars sont les quatre planètes les plus proches du Soleil. Ces planètes rocheuses et denses sont appelées planètes telluriques. Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sont beaucoup plus loin du Soleil. Elles sont souvent appelées les géantes gazeuses. 

Comment expliquer cette différence? Au début de notre système solaire, le Soleil était encore en fusion nucléaire. À cette époque, il produisait un puissant vent solaire. Les scientifiques croient que ce vent solaire a soufflé au loin la plus grande partie de l’atmosphère gazeuse qui entourait les planètes telluriques. 

Mais revenons à la Terre. Il y a environ 4,5 milliards d’années, les gaz qui constituaient la jeune Terre ont commencé à se condenser en une masse solide et rocheuse composée de divers éléments. La Terre a été formée par les effets de la gravité, de la radioactivité et de perturbations physiques comme des bombardements de météorites et l’activité volcanique. Il y a environ 3,8 milliards d’années, le manteau de la Terre a commencé à se refroidir. Une atmosphère contenant de l’oxygène a commencé à se former. Et parce qu’elle contenait de l’oxygène, elle avait la capacité de soutenir la vie.

Comment la densité détermine-t-elle ce qui se trouve dans chaque couche?

Revenons maintenant à la densité. Avant de commencer à se refroidir et à former des couches, les éléments contenus à l’intérieur de la Terre se sont placés selon un ordre déterminé par leur densité. Les matériaux les plus denses, comme le fer et le nickel, ont descendu jusqu’au noyau. Les matériaux plus légers, comme l’aluminium et le silicium, sont demeurés plus près de la surface de la Terre. Le processus par lequel les éléments chimiques sont séparés par la densité est appelé différenciation planétaire.

Le savais-tu? 

Dans le noyau terrestre, la température du fer est estimée à environ 6000 degrés Celsius. C’est aussi chaud que la surface du Soleil! 

Comment les scientifiques savent-ils ce qui se passe à l’intérieur de la Terre?

Les scientifiques croient que le noyau interne de la Terre est solide et que son noyau externe est liquide. Cela est dû au fait que le noyau interne subit beaucoup plus de pression que le noyau externe. 

Un instant! Comment les scientifiques ont-ils fait pour le savoir? Se sont-ils réellement rendus jusqu’au noyau interne de la Terre?

Non, mais les scientifiques obtiennent toutes sortes d’indices sur les couches terrestres grâce à l’activité sismique. Autrement dit, les tremblements de terre renseignent beaucoup les scientifiques sur ce qui se passe sous la surface de la Terre. L’activité sismique est un moyen pour les scientifiques de comprendre les couches terrestres sans avoir besoin de creuser pour les examiner!

Les ondes sismiques sont des ondes d’énergie causées par la rupture soudaine de roches à l’intérieur de la Terre, comme durant un tremblement de terre. Lorsque les ondes sismiques traversent le noyau de la Terre, le liquide réagit de l’une des deux façons suivantes. Il peut réfracter les ondes sismiques, c’est-à-dire changer leur direction. Ou il peut complètement bloquer les ondes sismiques. Les ondes sismiques bloquées créent une zone d'ombre sismique sur le côté opposé de la Terre. Cette connaissance relative aux ondes sismiques bloquées a permis aux scientifiques de comprendre que le noyau de la Terre était liquide. Les scientifiques ont pu faire cette déduction parce que certains types d’ondes sismiques peuvent voyager seulement à travers des matières solides. Et si elles sont bloquées par quelque chose au centre de la Terre, cela signifie que le noyau est bel et bien liquide! 

Dans les années 1930, Inge Lehmann a amélioré ce modèle davantage. En utilisant ses connaissances en mathématiques et en physique, elle a créé le modèle que nous connaissons aujourd'hui, qui place un noyau solide au centre de la Terre.

La création des couches terrestres est un processus complexe qui a été peu compris pendant de nombreuses années. Grâce au travail acharné des scientifiques qui étudient la Terre et ses couches, nous en apprenons chaque jour un peu plus au sujet de ce qui se passe réellement sous nos pieds!