Globe terrestre

Via l'activité volcanique, il est possible de se faire une idée de la structure du globe terrestre jusqu'à une profondeur d'environ 100 km. Au-delà, il faut avoir recours à des techniques indirectes comme la mesure de la vitesse de propagation des ondes sismiques.

Le diagramme ci-dessus représente la vitesse des ondes P et S et la densité en fonction de la profondeur terrestre. La surface de la Terre se trouve située à 0 km de profondeur, tandis que le centre de la planète se trouve à 6371 km. La plupart des modèles pour interpréter les vitesses des ondes sismiques font l’approximation d’une Terre parfaitement symétrique, ce qui permet de prévoir les temps de propagation des ondes P avec une erreur de seulement quelques secondes pour un trajet traversant toute la planète. Plusieurs grandes régions se caractérisent ainsi par une vitesse qui augmente de manière régulière avec la profondeur: manteau interne, noyau externe et noyau interne. Cet accroissement est un effet direct de la pression sur la vitesse des ondes sismiques qui montre que ces régions ont une composition uniforme. La partie superficielle du manteau terrestre est quant à elle différente et se caractérise par des changements brutaux des vitesses de propagation. Le manteau est en fait séparé en deux régions: manteau externe et manteau interne, en se basant sur le niveau d’hétérogénéité des vitesses. La région allant de 400 km à 1000 km de profondeur, s’appelle la zone de transition et affecte très fortement les ondes sismiques qui sont réfléchies à ce niveau. Dans cette zone de transition, les minéraux qui constituent le manteau et qui sont des roches silicatées se transforment sous l’effet de la pression pour former des arrangements denses et compacts qui augmente le module d’Young, produisant un accroissement de la vitesse des ondes.
Le graphite que l’on trouve dans les mines de crayon et les diamants sont les deux types communs de structures à base d’atomes de carbone qui se réarrangent l’une dans l’autre sous différentes conditions. Les diamants ont ainsi besoin d’une forte pression et sont donc synthétisés à 150-200 km de profondeur avant d’être ramenés à la surface de la Terre via l’activité volcanique. En revanche, à plus faible pression, c’est le graphite qui se forme.

Les deux plus grands contrastes de propriétés se trouvent près de la surface et à la limite entre le noyau et le manteau, ce dernier présentant le contraste le plus fort. D’autres contrastes marqués existent comme la frontière entre le noyau interne et le noyau externe où le passage de l’état liquide (pas de propagation des ondes S) à l’état solide entraîne une augmentation de vitesse.