Zone d'ombre sismique

Lumière sur

la zone d'ombre

3 sortes d'ondes simiques enregistrées sur les sismogrammes

Ce type d'ondes ne nous intéresse pas pour connaître la structure interne du globe

Données expérimentales

Ce type d'ondes de cisaillement ne peut pas traverser les milieux liquides !

Ce type d'ondes de compression peut traverser toute sortes de milieux (solide et liquide)

Richard Dixon Oldham (1858-1936)

1906

Ce géologue britannique observe que les ondes sismiques P laissent une "zone d'ombre" à la surface de la Terre et que les ondes S ont un retard à l'arrivée pour des distances angulaires supérieures à 120−130°. Il en déduit que le centre de la terre, plus précisément le noyau, doit être liquide, ce changement de propriété étant à l'origine de la zone d'ombre et de la réfraction de ces ondes sismiques.

Beno Gutenberg (1889-1960)

1912

Le sismologue allemand a mis en évidence : une discontinuité entre le manteau et le noyau, située vers 2900 km de profondeursur laquelle les ondes sismiques sont réfléchies et réfractées. En hommage cette discontinuité portera son nom.

Inge Lehmann (1888-1993)

1936

La sismologue danoise met en évidence : une discontinuité entre une partie liquide du noyau qui entoure la graine solide vers 5170km de profondeur, en hommage la discontinuité portera désormais son nom.

Problème : Comment mettre en évidence la zone d'ombre à partir des ondes sismiques ?

épicentre

Ondes P

Ondes S

Ondes de Surface

épicentre du séisme

station Kounc

A cette distance angulaire les ondes P et les ondes S ne sont pas enregistrées

épicentre du séisme

station Kounc

A cette distance angulaire des ondes PKIKP et PKP sont enregistrées

station Kom

station Coco

épicentre du séisme

A cette distance angulaire des ondes PKIKP et PKP sont enregistrées

Kounc est à un angle de 117° par rapport à l'épicentre, pas d'ondes sismiques enregistrées !

Les rais sismiques ont une allure courbe, en effet les ondes P sont réfractées par l'augmentation de la densité dans le manteau

Lorsque le rai sismique est quasiment tangent à la discontinuité de Gutenberg (qui marque la transition entre le manteau et le noyau) le rai arrive à une distance angulaire d'une centaine de degrès

Au delà de cette distance angulaire, le rai sismique reste "piégé" dans le noyau par une série de réflexions

Zone d'ombre aucune onde sismique enregistrée

Zone d'ombre aucune onde sismique enregistrée

Rayons sismiques associés aux ondes de type P traversant la Terre

La nomenclature indique la partie des rayons sismiques de type P transmis à travers le manteau (P), le noyau externe (K) et la graine (I). La lettre minuscule i désigne la réflexion sur la graine. Ainsi l’onde PKiKP (dont trois sont représentées ici) est une onde qui a traversé le manteau puis le noyau externe et s’est réfléchie sur la graine avant de remonter vers la surface (en retraversant le noyau externe et le manteau). Elle vient éclairer faiblement la zone d’ombre du noyau qui est située entre 1050 et 1420. Cette onde est à l’origine de la découverte de la graine au centre de la Terre. Les cercles qui apparaissent à la base et au sommet du manteau correspondent à de petites variations secondaires de la vitesse sismique des ondes P, qui sont interprétées comme des changements de phase des matériaux constitutifs de ce manteau (d'après Kennett et al., 1995).

Etudiez maintenant les ondes S. Que remarquez-vous ?

D'autres fonctions intéressantes sur tectoglob3D

Dans l'onglet "Sismogramme" sélectionner "Colorer les stations en fonction des ondes reçues"

Vous pouvez afficher le modèle de vitesse PREM en cliquant sur l'onglet situé en bas de la page. On visualise ainsi l'évolution de la vitesse des ondes P en fonction de la profondeur.

D'autres fonctions intéressantes sur tectoglob3D

choix d'un modèle où la vitesse augmente avec la profondeur

D'autres fonctions intéressantes sur tectoglob3D

choix d'un modèle avec vitesse constante

Modélisation analogique de la zone d'ombre sismique

Modélisation analogique de la zone d'ombre sismique

Non, recommencez !

vitesse du rayon lumineux dans l'air = 300 000 km/s dans l'eau = 225 000 km/s

Bravo !

Déplacez les étiquettes afin de compléter les cases vides du tableau. Avec ces données. Expliquer l'intérêt d'un tel modèle analogique pour comprendre la structure interne du globe terrestre. N'oubliez pas d'avoir un esprit critique sur ce genre de modélisation.

Discontinuité de Gutenberg

Noyau liquide

Zone d'ombre 2

Onde sismique

Zone d'ombre 1

Manteau terrestre

Modélisation analogique de la zone d'ombre sismique

vitesse du rayon lumineux dans l'air = 300 000 km/s dans l'eau = 225 000 km/s

Non, recommencez !

Bravo !

Déplacez les étiquettes afin de compléter les cases vides du tableau. Avec ces données. Expliquer l'intérêt d'un tel modèle analogique pour comprendre la structure interne du globe terrestre. N'oubliez pas d'avoir un esprit critique sur ce genre de modélisation

Discontinuité de Gutenberg

Noyau liquide

Zone d'ombre 2

Onde sismique

Zone d'ombre 1

Manteau terrestre

L'étude de la "zone d'ombre" a permis d'affiner les connaissances sur la structure interne du globe terrestre. Inge Lehmann a ainsi montré que le noyau était composé de 2 parties dont l'une est liquide et l'autre solide.

En 1897, Richard Dixon Oldham démontre l'existence de 3 sortes d'ondes sismiques. Il remarque la disparition des ondes S à une distance angulaire de 120° par rapport au foyer du séisme.L'analyse des temps de propagations des ondes sismiques lui permet par la suite d'estimer que la Terre ne doit pas avoir une structure interne uniforme et doit posséder un noyau liquide. Ainsi grâce à lui une nouvelle discipline des géosciences vient de naître : la sismologie. On découvre que les séismes peuvent nous renseigner sur la structure interne du globe ! Voilà qui est précieux puisque ce domaine est pratiquement inaccessible.