Explication du magma central

[shub22]

J'ai une question et pour des spécialistes ça doit prendre 30 sec à trouver la réponse.
Comment explique-t-on qu'il y ait un magma central de température très élevée au milieu de la Terre et que à partir d'un certaine rayon en remontant vers la surface il refroidit et devient une croute à température normale donc habitable ?
Y a-t-il une théorie générale qui dit que toutes les planètes seraient au départ des soleils -donc avec fusion de l'hydrogène- et que p.ex. le soleil avait exceptionnellement la taille et le carburant nécessaire pour être et surtout demeurer ce qu'il est, un soleil source et dispensateur de lumière et d'énergie alors que d'autres planètes comme la notre étaient peut-être des soleils au départ mais se sont refroidies pour former une couche externe de température basse permettant l'eau, la vie etc.?
Je cherche la théorie générale qui explique la formation des étoiles et qui fait que certaines sont des planètes froides comme la notre et d'autres des soleils comme le notre. La transformation ou non transformation de soleils en planètes et ses raisons, une explication de ce phénomène-là...
Merci d'avance
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[bintang]

Bonjour,

Y a-t-il une théorie générale qui dit que toutes les planètes seraient au départ des soleils -donc avec fusion de l'hydrogène-

Non

Pour avoir fusion de l'hydrogène il faut un corps de masse > 75 x Masse de Jupiter (Mj) pour atteindre la pression & T° nécessaires à la fusion de l'hydrogène

En dessous de 12 Mj (Coeur jusqu'à 600 000 K) c'est une planète.

Entre 13 Mj & 75 Mj c'est un objet substellaire (naine brune, fusion du deutérium ou du Lithium).

[bintang]

Bonjour,

Je cherche la théorie générale qui explique la formation des étoiles et qui fait que certaines sont des planètes froides comme la notre et d'autres des soleils comme le notre.

Réponse de Gilgamesh au post #11 du topic "Pourquoi Jupiter n'est pas devenu une étoile" :

Une étoile se forme par effondrement sphérique d'une masse de gaz. Dès l'embryon, le gaz est majoritaire (99%) et il ne se forme jamais de noyau rocheux.

Une planète c'est l'agrégation de poussière dans un disque protoplanétaire. L'embryon est donc 100% fait de poussière (silicate et volatile). Puis s'il grossit suffisamment (autours de 15 masses terrestres) et s'il reste suffisamment de gaz dans le disque, il se produit un effondrement gazeux (ou un phénomène équivalent) et on obtient une géante gazeuse.

Voir la notion de Masse de Jeans pour la formation des étoiles : https://fr.wikipedia.org/wiki/Instabilit%C3%A9_gravitationne lle.

[Tawahi-Kiwi]

Comment explique-t-on qu'il y ait un magma central de température très élevée au milieu de la Terre et que à partir d'un certaine rayon en remontant vers la surface il refroidit et devient une croute à température normale donc habitable ?

La premisse de ton interrogation est fausse. Il n'y a pas de "magma" central au milieu de la Terre. Il y a un noyau metallique ferreux solide. Celui-ci est entoure du noyau externe, lui meme fait de fer metallique liquide. Ensuite vienne ~2900km de manteau fait de roches silicatees solides, et finalement la lithosphere (dont la croute) solide egalement.

Donc a l'exception du noyau externe, le reste de la Terre (plus des deux-tiers) est entierement solide. Les laves observees en surface lors des eruptions volcaniques ne representent qu'un volume quasi insignifiant de la masse totale de la Terre et ne sont du qu'a des processus de fusion locaux.

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geb]

Bonsoir,

La premisse de ton interrogation est fausse. Il n'y a pas de "magma" central au milieu de la Terre. Il y a un noyau metallique ferreux solide.

Est-ce que le noyau métallique ferreux solide a toujours été là ? Je demande ça parce que je pense avoir lu quelque part qu'il grossit progressivement, ou en tout cas, qu'il y a un truc au centre qu'on appelle aussi la "graine" et que celle-ci grossit très lentement. Du coup, "en rembobinant le film" je me demande si elle a toujours été là cette fameuse graine et aussi (si par hasard on en avait la moindre idée scientifiquement parlant), quand est-ce qu'elle a commencé à se former ?

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Y a-t-il une théorie générale qui dit que toutes les planètes seraient au départ des soleils -donc avec fusion de l'hydrogène- et que p.ex. le soleil avait exceptionnellement la taille et le carburant nécessaire pour être et surtout demeurer ce qu'il est, un soleil source et dispensateur de lumière et d'énergie alors que d'autres planètes comme la notre étaient peut-être des soleils au départ mais se sont refroidies pour former une couche externe de température basse permettant l'eau, la vie etc.?

L'idée que toutes les planètes auraient été au départ des soleils est très ancienne et avait été avancée indépendamment au XVIIIe siècle par divers astronomes. À l'époque, c'était une phrase qui était carrément prise au sens littéral. L'idée semblait même avoir été confirmée à partir des années 1860, époque à laquelle les analyses spectroscopiques des étoiles, géologiques des roches terrestres et chimiques des météorites semblaient démontrées que météorites, planètes et soleil étaient finalement constitués des mêmes éléments. Il faudra attendre la deuxième moitié des années 1920, époque à laquelle on commence à comprendre comment interpréter le spectre solaire pour en tirer non plus simplement la composition mais l'abondance relative des éléments chimiques, pour que cette idée soit progressivement mise en doute, puis abandonnée à l'époque de la théorisation progressive du modèle de l'accrétion froide (née des premières analyses isotopiques des météorites) à partir de 1950 et jusqu'à la fin des années 1960.

Cordialement.

[Tawahi-Kiwi]

quand est-ce qu'elle a commencé à se former ?

Vers la fin de l'Archeen si mes souvenirs sont bons. Avant ca, le noyau etant entierement liquide (et eventuellement avant cela, c'etait probablement solide, mais il n'y avait pas encore de noyau).

T-K

[bintang]

Bonjour,

L'idée que toutes les planètes auraient été au départ des soleils est très ancienne ..... L'idée semblait même avoir été confirmée à partir des années 1860 ....

Un extrait de "L'Astronomie pour l'année 1884 " de Camille Flammarion, Page 378 qui illustre les propos de Geb :

Planetes étoiles_1884_Flammarion_s.jpg

Shub22 a juste un siècle de retard dans ses lectures astronomiques

Cela dit, il est très intéressant de lire ces vieux ouvrages où l'on découvre le cheminement de la pensée et des théories, comme par exemple la lecture du diagramme HR à l'envers dans les années 30 : Les étoiles naissent géantes rouges, culminent en géantes bleues et " redescendent la séquence principale" jusqu'à devenir une naine rouge, avant de s'éteindre.

[shub22]

Shub22 a juste un siècle de retard dans ses lectures astronomiques

C'est vous qui êtes spécialistes, pas moi: c'est pour ça que je posais la question.
Si on venait sur ce forum avec déjà les réponses, y'aurait plus de questions. Et plus de forum ce qui serait dommage!

[bintang]

Bonjour Shub22,

C'était une boutade, mais je serais tout de même curieux de savoir d'où vous vient cette idée assez ancienne, de quel ouvrage ou de quel auteur ?

Flammarion était très prolifique et a fortement contribué à diffuser aussi les fausses idées de l'époque, tout comme l'abbé Moreux ... Pierre Rousseau c'était plus tard, il a peut être dit moins de bêtises par rapport à nos connaissances d'aujourd'hui.

J'ai un ouvrage d'Alphonse Berger et Lucien Rudaux, "Le Ciel", datant des années 20, dont le dernier chapitre porte sur la relativité et se conclue par "Que vivront ces théories nouvelles ? l'espace d'un matin" et en parlant de l'expérience des jumeaux : "C'est du domaine de la plaisanterie"

[shub22]

J'y connais rien en géologie et sciences de la terre à vrai dire. Ou si peu...
Sinon soyons sérieux: je me demandais comment et par quel processus la lave se formait, celle qui jaillit des volcans. Juste de la curiosité.
Mais on doit pouvoir trouver où et comment le magma se forme et parvient à jaillir des profondeurs j'imagine.
Je crois que d'autres planètes du système solaire connaissent une activité volcanique importante et beaucoup + que la notre donc ma question était peut-être pas si bête que ça!

[Geb]

Bonsoir,

Pour compléter les propos de bintang, on trouve dans l'édition du 20 février 1891 de la célèbre revue Science un article du physicien américain Henry Rowland dans lequel il est écrit (au bas de la page 105) :

[...] were the whole earth heated to the temperature of the sun, its spectrum would plobably resemble that of the sun very closely

Ce qui signifie : « [...] si la Terre était chauffée à la température du soleil, son spectre ressemblerait probablement de très près à celui du Soleil ».

Aussi, la dernière remarque de Flammarion dans son ouvrage de 1884 (également disponible sur Gallica), c'est-à-dire « [...] pour arriver à l'état dans lequel nous observons aujourd'hui Jupiter » me fait sourire. En effet, j'avais déniché il y a quelques années une publication de 1981 qui faisait l'hypothèse que la Terre, dans les premières dizaines de millions d'années du système solaire aurait possédé une atmosphère dont l'auteur imaginait la couche visible supérieure (le "sommet" appelé photosphère) à 11 rayons terrestres de la surface de notre jeune planète ! Voir ici (en page 123) :

- Formation of the planets (Hayashi, 1981)

A priori, les modèles ont un peu évolué depuis 1981.

Cordialement.

[shub22]

Ce qui signifie : « [...] si la Terre était chauffée à la température du soleil, son spectre ressemblerait probablement de très près à celui du Soleil ».

Je ne sais pas si je comprends: c-a-d qu'initialement (en quelque sorte) toutes les planètes sont virtuellement des soleils, ou tous les soleils peuvent être des planètes comme la notre à la base ?
J'ai lu quelque part (peut-être est-ce une erreur!) que l'élément à la base quasiment de tout (à part l'hydrogène et l'hélium) et qui est produit considérablement lors notamment de l'explosion des supernovas c'était le fer: et que donc ce métal serait en quelque sorte l'élément (ou en tout cas le métal) le plus abondant dans notre Univers.
Pardon je dois être très loin d'un langage de géologue et des sciences de la Terre là !

[Tawahi-Kiwi]

Sinon soyons sérieux: je me demandais comment et par quel processus la lave se formait, celle qui jaillit des volcans. Juste de la curiosité.

Par decompression adiabatique principalement, sur la derniere centaine de kilometres avant la surface (pour les magmas les plus profonds, rarement 300km). Les autres possibilites sont l'ajout d'eau (qui abaisse le point de fusion de la roche) (derniere centaine de kilometres) et l'augmentation de temperature (derniere cinquantaine de kilometres).

Je crois que d'autres planètes du système solaire connaissent une activité volcanique importante et beaucoup + que la notre donc ma question était peut-être pas si bête que ça!

Le magmatisme ailleurs dans le systeme solaire est generalement une variation de ces trois processus (diminution de pression, changement du solidus, augmentation de temperature), que ce soit pour le magmatisme silicaté (Terre, Mars, Venus), sulfuré (Io), aqueux (Encelade, Europa) ou autre (Triton, Titan). Les causes de ces changements peuvent varier et certaines causes et modalites n'existent pas sur Terre. A l'exception d'Io cependant, la Terre semble etre l'astre volcaniquement le plus actif dans le systeme solaire.

J'ai lu quelque part (peut-être est-ce une erreur!) que l'élément à la base quasiment de tout (à part l'hydrogène et l'hélium) et qui est produit considérablement lors notamment de l'explosion des supernovas c'était le fer: et que donc ce métal serait en quelque sorte l'élément (ou en tout cas le métal) le plus abondant dans notre Univers.

Le fer a le noyau le plus stable vis-a-vis des reactions nucleaires. Theoriquement, la fusion nucleaire amene au fer; theoriquement et energetiquement parlant, la fission nucleaire amene au fer. Mais ce n'est pas "en quelque sorte" l'element le plus abondant de l'Univers.


Credit: Georgia State University

T-K

[Geb]

Je ne sais pas si je comprends: c-a-d qu'initialement (en quelque sorte) toutes les planètes sont virtuellement des soleils, ou tous les soleils peuvent être des planètes comme la notre à la base ?

La théorie dite "de l'accrétion chaude", qui aujourd'hui est abandonnée, stipule qu'à l'origine, les planètes comme le Soleil étaient très chauds. Selon cette théorie, ce qui explique que la Terre n'est plus à la température à laquelle le Soleil est encore, c'est que le Soleil, lui, est beaucoup plus massif que la Terre ou tout autre planète du système solaire. Mais, dans la pensée scientifique de l'époque, on considère toute planète ou étoile comme se formant à très haute température (plusieurs millions de degrés) puis se condensant, se contractant et se refroidissant progressivement, plus ou moins vite en fonction de sa masse.

La remarque de Rowland traduit bien cet état d'esprit : le Soleil, en terme de composition chimique c'est, en gros, une grosse planète Terre encore très chaude (moins dense en vertu de la loi de Charles) et vice-versa, la Terre c'est un petit Soleil qui est aujourd'hui très froid.

Je rappelle quand même qu'à l'époque à laquelle Rowland écrit cette phrase, on a encore aucune notion de fusion nucléaire, ni même de radioactivité.

Cordialement.

[Geb]

Bonsoir,

Par decompression adiabatique principalement, sur la derniere centaine de kilometres avant la surface (pour les magmas les plus profonds, rarement 300km). Les autres possibilites sont l'ajout d'eau (qui abaisse le point de fusion de la roche) (derniere centaine de kilometres) et l'augmentation de temperature (derniere cinquantaine de kilometres).

Est-ce qu'il y a une différence chimique discernable entre des laves dont la "chambre magmatique" (j'ignore si le terme est approprié) se situe à 300 km ou à 50 km ? Peut-on différencier la "profondeur de formation" de deux basaltes différents en fonction de critères chimiques ? Question subsidiaire : Est-ce que les coulées de lave les plus anciennes sont différentes chimiquement que les plus récentes ?

Cordialement.

[Tawahi-Kiwi]

Est-ce qu'il y a une différence chimique discernable entre des laves dont la "chambre magmatique" (j'ignore si le terme est approprié) se situe à 300 km ou à 50 km ?

Les chambres magmatiques (accumulation de magma) sont generalement crustales. On peut les imaginer dans le manteau lithospherique (de petites tailles alors), mais pas dans le reste du manteau. Les endroits situes entre 50 et 300 km sont les zones de fusion partielle ou le magma basaltique est forme en premier lieu.

Peut-on différencier la "profondeur de formation" de deux basaltes différents en fonction de critères chimiques ?

Tout a fait. La profondeur a laquelle se fait la fusion influence de maniere subtile ou franche* la teneur des elements en trace presentes dans le basalte, et pour certains elements majeurs (les alcalins (Na, K) en particulier).
*Les changements de composition deviennent clairs lorsque la fusion affecte des parageneses differentes. Le manteau a 50-80km est compose d'olivine+pyroxene+spinelle; a plus de 80km le meme manteau est forme d'olivine+pyroxene+grenat. Ce changement de mineralogie (mais pas de composition chimique) du manteau a des effets majeurs sur la composition du basalte qui peut en etre tire.


Credit: University of Oregon

Question subsidiaire : Est-ce que les coulées de lave les plus anciennes sont différentes chimiquement que les plus récentes ?

Il y a une evolution seculaire du manteau qui modifie legerement la composition moyenne des basaltes au gre des milliards d'annees. Mais il existe egalement des processus de formation de certains magmas qui sont quasi-inexistants ou disparus de nos jours. La cause principale est le reffroidissement de la Terre.

Certaines laves archeeenes (TTG) formees aux marges convergentes par exemple, ont progressivement disparus durant le Proterozoique. Elles etaient le resultat d'une fusion assez poussee de la plaque oceanique subductee (alors que de nos jours, la fusion est presente mais n'affecte qu'une partie de la plaque).

Les komatiites sont des coulees de lave ultramafiques principalement archeenes. Les conditions pour la formation de celles-ci necessitent le plus souvent des temperatures tres elevees (~1500-1600ºC) qui ne sont plus atteignables de nos jours dans le manteau superieur.

T-K

[shub22]

J'ai vu dans une émission de la très sérieuse BBC que l'on a découvert que l'intérieur de certaines étoiles serait formé d'hydrogène gazeux métallique.
Ça a l'air d'une sorte d'oxymore, l'hydrogène gazeux métallique. Comment ont-ils découvert cela ? Par des méthodes très scientifiques aucun doute, mais ils n'expliquaient ni comment ils l'avaient découvert ni la nature d'un hydrogène à l'état gazeux considéré aussi comme métallique. Ils n'étaient pas très diserts sur ce sujet dans l'émission.
S'agit-il d'une forme de hoax (ce qui m'étonnerait qq part voir le sérieux de la chaine), ou d'une mauvais interprétation, d'une conjecture bref en avez-vous entendu parler ?
Cordialement,

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

l'hydrogene metallique (liquide) est une phase qui doit etre presente a plusieurs centaines de kilometres sous la surface de Jupiter et Saturne. Elle etait encore theorique il y a quelques annees, mais il y a maintenant quelques publications montrant la presence de deuterium metallique, et plus recemment d'hydrogene metallique pour des pressions respectives de 300 et 500 GPa (a titre indicatif, le centre de la Terre a une pression de 365 GPa).

Dans les etoiles, j'ai un doute quand meme, vu les temperatures qui y regne, ce serait au mieux un plasma.

T-K

[shub22]

Juste pour mieux comprendre, pardon mais mes souvenirs de chimie sont loins: de l'hydrogène gazeux comprimé sous une très forte pression peut changer d'état et devenir métallique ?
Ça me rappelle des lointains souvenirs sur la loi de Mariotte en particulier mais ça doit pas être tout à fait cela l'explication tout à fait, j'imagine.
Merci pour la réponse à ma question du dessus.

[Tawahi-Kiwi]

Un gaz suffisamment comprimé va devenir liquide, et éventuellement solide. Le caractere metallique ou non du solide est propre au composé étudié.

ainsi, tres récemment, de l'eau sous forme de glace (phase VII) a ete trouvée en inclusions dans des diamants qui sont pourtant normalement presents dans un environnment a plusieurs centaines de degres. Dans ce cas, la pression etait tellement intense que l'eau, qui serait normalement sous forme de vapeur a pression atmospherique, était stable sous forme de glace.

http://science.sciencemag.org/content/359/6380/1136

T-K

[roubidou]

Est-ce qu'il y a des éléments radio-actifs dans le noyau, de l'uranium notamment? Logiquement, les éléments les plus lourds ont dû s'accumuler en profondeur. Est-ce que dans ce cas la fission nucléaire participe à la température interne?

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Est-ce qu'il y a des éléments radio-actifs dans le noyau, de l'uranium notamment? Logiquement, les éléments les plus lourds ont dû s'accumuler en profondeur.

Un peu de la meme maniere que le sel ne s'accumule pas au fond de la mer sous pretexte qu'il est plus dense, l'uranium (et beaucoup d'autres elements lourds) ne s'accumulent pas au centre de notre planete. En fait, l'uranium est le plus abondant dans la croute, et cela pour des raisons geochimiques, pas des raisons de differences de densite. Il n'y pas (plus) vraiment d'elements radioactifs dans le noyau dans des concentrations vraiment importantes.

Est-ce que dans ce cas la fission nucléaire participe à la température interne?

Non, il n'y a pas de fission nucleaire naturelle sur Terre (il y en a eu tres exceptionellement dans le passe, mais plus maintenant). Par contre, les desintegrations radioactives de l'uranium, du thorium et du potassium jouent un role primordial dans la chaleur generee par l'interieur de la Terre (environ 50%). Cette production de chaleur a partir de radioactive a lieu quasi-uniquement dans le manteau et la croute.

T-K

[Moinsdewatt]

Est-ce qu'il y a des éléments radio-actifs dans le noyau, de l'uranium notamment? Logiquement, les éléments les plus lourds ont dû s'accumuler en profondeur. Est-ce que dans ce cas la fission nucléaire participe à la température interne?

réponse :

Au moins 50% de l’énergie interne de la terre provient de la désintégration d’éléments radioactifs à période longue tels que l’uranium, le thorium ou le potassium. Concernant la radioactivité globale de la terre, on peut dire qu’elle représente environ 76% de l’énergie interne.

Dans le manteau, l’uranium 238 se décomposerait en plomb 206, et l’uranium 235 en plomb 207, avec des périodes respectives de 4.5Ga et 0.71Ga, ce qui représente la durée moyenne de vie d’un élément radioactif, en l’occurrence ici l’uranium 238 et 235. Quant au thorium 232, il se transformerait en plomb 208 alors que le potassium 40 devient du Ca 40.

Pour ce faire, les éléments passent par de multiples étapes de désintégration comme on peut le voir par exemple sur le schéma suivant de la désintégration de l’uranium 235 en plomb 207 :
.......

en entier : https://www.emse.fr/~bouchardon/ense...0Letellier.htm