Cartographie de la chimie du manteau terrestre

Publié par Adrien le 08/12/2022 à 09:00
Source: CNRS INSU
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Dans les années 1980, les observations géochimiques ont conduit des chercheurs à proposer un modèle géodynamique de structure marbrée du manteau terrestre. Une équipe de scientifiques, dont certains rattachés à un laboratoire CNRS-INSU, s'y est intéressé en utilisant le point de vue de la sismologie.


Carte de la chimie du manteau obtenue à 410-660 km de profondeur.
Les anomalies en jaune indiquent un enrichissement en matériau de composition basaltique, avec comme origine probable le détachement de la croute océanique des plaques océaniques subductées. L'emplacement des fosses de subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de...) dans le passé entre aujourd'hui et 200 millions d'années est symbolisé par des lignes rouges.
© LGLTPE / Cf. référence article

Comme la subduction de plaque océanique est en cours depuis 2 à 3 milliards d'années, la majeure partie du manteau serait aujourd'hui un mélange de croute océanique à composition basaltique et d'un manteau harzburgitique. L'échelle et la distribution de ces hétérogénéités chimiques restent toutefois mal contraintes. Dans la zone de transition de 410 à 660 km sous nos pieds, les propriétés réfléchissantes de discontinuités sismiques, ayant pour origine des transitions de phase minéralogique, peuvent servir à contraindre la composition du manteau. Ainsi, les progrès récents dans la modélisation des propriétés élastiques à haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) et haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) montrent que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) ré-émise par ces discontinuités est contrôlée par la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de basalte (Le basalte est une roche volcanique issue d'un magma refroidi rapidement au contact de l'eau ou de...) présente dans le mélange de manteau.

En cartographiant à l'échelle globale les propriétés réfléchissantes de ces discontinuités, l'équipe scientifique a pu révéler l'existence de roches aux propriétés élastiques anormales entourant l'océan Pacifique (L'océan Pacifique, qui s'étend sur une surface de 180 000 000 km², est l'océan le...). Leurs simulations numériques suggèrent que ces poches de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) peuvent s'expliquer par des concentrations anormalement élevées de roches à composition basaltique. La répartition géographique de ces matériaux suggère que le principal mécanisme de formation serait la ségrégation de croûte océanique des plaques océaniques en subduction.

Les scientifiques ont aussi estimé le temps nécessaire pour reconstituer le réservoir dans la zone de transition: une échelle de temps de 700 millions d'années serait nécessaire, ce qui est environ 7 fois plus long que le temps nécessaire aux plaques subductées pour atteindre, depuis la surface, la limite entre le noyau et le manteau. Cela signifie que la composition actuelle du manteau, dans la zone de transition, est le résultat de plusieurs cycles de subduction, de ségrégation et d'accumulation. Il existe donc un mécanisme pour maintenir l'intégrité physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des deux composantes basaltique et harzburgitique et ce mécanisme conduit à la formation de larges réservoirs géochimiques dans la zone de transition du manteau.

Les scientifiques espèrent généraliser leur approche à une variété d'ondes sismiques afin d'affiner à l'avenir la compréhension des mécanismes de mélange et de ségrégation des différents types de roches du manteau.

Laboratoire CNRS impliqué:
Laboratoire de Géologie de Lyon: Terre, Planètes, Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) (LGL-TPE / OSUL)
Tutelles: CNRS / ENS Lyon / Univ. Claude Bernard.

Pour en savoir plus:
B.Tauzin & al. Basaltic reservoirs in the Earth's mantle transition zone, PNAS, 2022.
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