Structure de la Terre

La Terre dans un aquarium

Et si l'on mettait la Terre dans un aquarium ?
La Terre a un rayon moyen de 6 371 km, ≈6 378 km à l'équateur et ≈6 356 km aux pôles.
La structure de la Terre est répartie en plusieurs couches différentiées successives, l'atmosphère, la croute terrestre (croute continentale et océanique), le manteau (supérieur et inférieur) et le noyau (interne et externe).
- L'atmosphère est gazeuse et elle contient ≈78% de diazote (N₂) et ≈21% de dioxygène (O₂).
- La croute continentale contient essentiellement du granite (75%), son épaisseur moyenne est de 45 km et sa densité moyenne est de 2.8.
- La croute océanique contient essentiellement des roches basaltiques (laves refroidies rapidement), son épaisseur moyenne est d'environ 5 km et sa densité moyenne est de 3.1.
- Le manteau supérieur contient essentiellement des roches solides telles que la péridotite (silicate de fer et silicate de magnésium SiO4, Fe et Mg), son épaisseur moyenne est de 665 km et sa densité moyenne est de 4.1.
- Le manteau inférieur contient essentiellement des roches visqueuses telles que la pérovskite (titanate de calcium CaTiO₃), son épaisseur moyenne est de 2 185 km et sa densité moyenne est de 4.6. Le manteau reste solide malgré la température qui augmente quand on plonge dans ses profondeurs, ceci est du à la pression sur les matériaux qui augmente plus fortement encore.
- Le noyau externe liquide est essentiellement composé de fer en fusion, car à ces profondeurs la température moyenne qui est de 4000°C, prend le dessus sur la pression, la densité moyenne est alors de 11.2.
- Le noyau interne solide appelé la « graine terrestre », est essentiellement métallique, la graine est un alliage de fer (80%) et de nickel (20%). La pression, qui est de 3,5 millions de bars (350 GPa), maintient la matière dans un état solide malgré une température d'environ 6000°C. Le noyau interne s'accroit petit à petit, par cristallisation du fer liquide du noyau externe qui se refroidit lentement. La densité au plus profond de la Terre est d’environ 13.
Toutes ces couches successives sont de densité croissante. Les matériaux s'empilent dans l'ordre de leur densité, le fer et le nickel au plus profond puis le sulfure de fer, les silicates, l'eau, l'azote, le gaz carbonique, l'ammoniac, le méthane, l'hélium, l'hydrogène.

Cette représentation est très simplifiée puisque ces couches peuvent être elles-mêmes décomposées en sous-couches. Pour repérer ces couches, les sismologues utilisent les ondes sismiques, dès que la vitesse d'une onde sismique change brutalement, c’est qu'il y a changement de milieu, donc de matériaux, donc de couche. Ces couches sont délimitées par les discontinuités comme la discontinuité de Mohorovicic entre la croute et le manteau, celle de Gutenberg entre le manteau et le noyau.

N. B. : La Terre s'est formée par accrétion de météorites et les différentes couches se sont mises en place en respectant la masse volumique de ses constituants sous l’action combinée de la chaleur interne et de la gravité.

Tableau : Calcul des masses en % (colonne de droite) des différentes couches de la structure de la Terre par rapport à la masse de la Terre. Les masses des couches atmosphériques sont insignifiantes par rapport à la masse de la Terre, 90 % de la masse de l'atmosphère est en dessous de 16 km d'altitude dans la troposphère et ne représente que 0,0000000003% de la masse de la Terre.

Image : La Terre mise dans un aquarium. La structure de la Terre est répartie en plusieurs couches successives, l'atmosphère, la croute terrestre (croute continentale et océanique), le manteau (supérieur et inférieur) et le noyau (interne et externe). Chaque couche a une épaisseur de plusieurs dizaines de kilomètres. Si l'on convertit chaque couche en épaisseur de densité identique, par exemple celle de l'eau (1) cela donne cette représentation où, la croute terrestre est insignifiante (croute continentale en bleu ciel et croute océanique en blanc) et l'atmosphère inexistante.
La croute continentale en surface a une épaisseur de 30 à 65 km (1 pixel bleu ciel sur cette représentation), la croute océanique en surface a une épaisseur de 1 à 12 km (1 pixel blanc), le manteau supérieur visqueux a une épaisseur de 670 km (≈100 pixels marron), le manteau inférieur élastique a une épaisseur de 2180 km (≈230 pixels bleu marine), le noyau externe liquide a une épaisseur de 2270 km (≈160 pixels verts) et le noyau interne solide a une épaisseur de 1220 km (8 pixels rouges).