Une zone d’ombre sismique est une zone de la surface de la Terre où les sismographes peuvent à peine détecter un tremblement de terre après que ses ondes sismiques ont traversé la Terre. Lorsqu’un tremblement de terre se produit, les ondes sismiques rayonnent sphériquement du foyer du tremblement de terre. Les ondes sismiques primaires sont réfractées par le noyau externe liquide de la Terre et ne sont pas détectées entre 104 ° et 140 ° (entre environ 11 570 et 15 570 km ou 7 190 et 9 670 mi) de l’épicentre. Les ondes sismiques secondaires ne peuvent pas traverser le noyau externe liquide et ne sont pas détectées à plus de 104 ° (environ 11 570 km ou 7 190 mi) de l’épicentre. Les ondes P qui ont été converties en ondes S à la sortie du noyau externe peuvent être détectées au-delà de 140 degrés.

Zone d’ombre sismique (de l’USGS)

La raison en est que la vitesse des ondes P et des ondes S est régie à la fois par les différentes propriétés du matériau qu’elles traversent et par les différentes relations mathématiques qu’elles partagent dans chaque cas. Les trois propriétés sont : incompressibilité (k{\displaystyle k}), densité (p{\displaystyle p} ) et rigidité (u{\displaystyle u}). La vitesse de l’onde P est égale à (k + 4 3 u) / p {\displaystyle {\sqrt {(k+{\tfrac{4}{3}} u) /p}}} alors que la vitesse de l’onde S est égale à (u/p) {\displaystyle {\sqrt {(u/ p)}}} et donc la vitesse de l’onde S dépend entièrement de la rigidité du matériau qu’elle traverse. Les liquides, cependant, ont une rigidité nulle, ce qui rend toujours la vitesse globale des ondes S nulle et, en tant que telles, les ondes S perdent toute vitesse lorsqu’elles traversent un liquide. Les ondes P, cependant, ne dépendent que partiellement de la rigidité et, en tant que telles, maintiennent encore une certaine vitesse (si elles sont considérablement réduites) lorsqu’elles traversent un liquide. L’analyse de la sismologie de divers tremblements de terre enregistrés et de leurs zones d’ombre a conduit le géologue Richard Oldham à déduire en 1906 la nature liquide du noyau externe de la Terre.