Les bouffées d'oxygène des zones de subduction

Publié par Adrien le 07/08/2022 à 09:00
Source: CNRS INSU
Les zones de subduction représentent des lieux privilégiés de recyclage de la matière sur Terre. Ils sont aussi de véritables 'usines à redox' où les éléments chimiques voient leur degré d'oxydation évoluer lors des interactions fluides-roches. Ainsi, les éléments volatils (eau, oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...), hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...), carbone) et les métaux sont piégés par les roches subduites ou libérés dans le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) au cours des différentes étapes de la subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de...). La connaissance de l'évolution des conditions redox dans les zones de subduction est une information clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible...) dans la compréhension de ces phénomènes, mais n'a jusque-là pas progressé faute d'identification de traceurs in situ.


Schéma de l'approche utilisée et le phénomène de libération du fluide oxydant. Le spectre d'absorption X (courbe bleue) nous renseigne directement sur les degrés redox de l'arsenic (L’arsenic est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole...) contenu dans les différents minéraux de la serpentinite (fond du dessin).
© Gleb Pokrovski

Une équipe internationale de chercheurs, impliquant 5 laboratoires du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), s'est penchée sur cette question en suivant l'état redox de l'arsenic, un élément trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le...), dans les serpentinites de l'Himalaya qui était une zone de subduction avant l'orogenèse. Grâce au rayonnement synchrotron (Synchrotrons, synchro-cyclotrons et cyclotrons réfèrent à différents types d'accélérateurs...) qui permet de quantifier in situ l'état chimique et redox de l'arsenic dans les roches et minéraux, les chercheurs ont mis en évidence une grande variabilité des degrés redox de l'arsenic, allant de -3 (arséniure) à +5 (arséniate). En combinant ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) avec différentes méthodes analytiques de laboratoire, des modélisations thermodynamiques et l'histoire géodynamique de ces roches, les chercheurs ont pu tracer l'extraordinaire voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel...) de l'arsenic dans la zone de subduction et l'utiliser comme 'sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) à oxygène'.

Durant les premières étapes de subduction, la présence d'arséniures indique que la formation des serpentinites consomme de l'oxygène et libère ainsi de l'hydrogène. Plus tardivement dans la subduction, à plus grandes profondeurs et températures, la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) partielle de ces roches libère des fluides très oxydants comme en témoigne la présence de l'arséniate. Le taux d'oxygène estimé dans ces fluides correspond à une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) partielle de quelques millibars d'O2 à 100 km de profondeur et 600 à 700°C, environ 10 ordres de grandeur plus élevée que les estimations effectuées jusque-là. Cette étude ouvre des perspectives pour le traçage des phénomènes très contrastés, souvent hors équilibre, dans les zones de subduction. Ces résultats aident à mieux comprendre et quantifier les liens fondamentaux entre le profond et la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) et d'autres planètes telluriques.

Pour en savoir plus:
Pokrovski, G.S., Sanchez-Valle, C., Guillot, S., Borisova, A.Y., Muñoz, M., Auzende, A.-L., Proux, O., Roux, J., Hazemann, J.-L., Testemale, D., Shvarov, Y.V. (2022) Redox dynamics of subduction revealed by arsenic in serpentinite. Geochem. Persp. Let. 22, 36-41.
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