Cycle interne de l'eau: le modèle de "pluie" du manteau

Publié par Isabelle le 17/06/2022 à 13:00
Source: CNRS INSU
De l'eau est continuellement injectée dans le manteau aux zones de subduction par l'intermédiaire de minéraux hydratés. Le flux d'hydrogène qui parvient effectivement dans le manteau profond n'est pas contraint très précisément, mais il pourrait correspondre au volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) tous les 2 à 5 milliards d'années. À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...), la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) extraite du manteau aux rides océaniques est 3 à 8 fois plus faible selon les estimations. Comme il s'agit de la source principale reconnue d'eau du manteau, cela pose le problème de la continuité (En mathématiques, la continuité est une propriété topologique d'une fonction....) du cycle interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) de l'eau.


Cycle interne de l'eau. L'eau injectée dans le manteau par la subduction nourrie en hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) les minéraux de la zone de transition (MTZ). Ces minéraux sont ensuite remontés au-dessus de la discontinuité de 410 km de profondeur par les mouvements de convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de...) du manteau. Le changement de minéralogie (La minéralogie est la science qui étudie les minéraux.) qui y est associé génèrent un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) riche en eau dans la fine couche de faible vitesse (On distingue :) sismique (LVL). Le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) constant d'eau dans le manteau induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) une production continue de ce liquide, qui lui-même devient instable gravitationnellement et remonte comme une pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...) à travers le manteau supérieur. Ce flux d'eau pourrait être à l'origine de la refertilisation du manteau lithosphérique et du volcanisme intra-plaque.

La zone hydratée la mieux connue par la sismologie est la fine couche partiellement fondue au-dessus de la discontinuité sismique à 410 km de profondeur: la LVL pour low-velocity layer. Des études antérieures ont proposé que la LVL intervienne dans le cycle interne de l'eau comme un puits qui retiendrait indéfiniment l'eau subduite et transférée à la zone de transition. Dans cette nouvelle étude, les auteurs proposent que la LVL soit, au contraire, la source d'un liquide riche en eau qui remontrait vers la surface de la Terre. Le modèle permettrait d'équilibrer le cycle interne de l'eau. Il y aurait alors une parfaite équivalence entre le flux d'eau pénétrant le manteau aux zones de subduction, l'eau impliquée dans la formation du liquide dans la LVL, et la quantité d'eau présente dans le liquide remontant continuellement dans le manteau supérieur.

Ce nouveau cycle interne permet d'affiner le bilan interne en eau au cours des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) géologiques. En effet, la saturation en eau des phases minérales mises en jeu dépend de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) dans le manteau. Ainsi, le manteau supérieur (entre la surface et 670 km de profondeur) contiendrait aujourd'hui l'équivalent du volume total des océans sur Terre. Une Terre plus chaude dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) implique une quantité d'eau stockée dans le manteau de ~20 % inférieure pour une température de 200K plus élevée. Cela signifie que la quantité d'eau à la surface du globe diminue avec le temps au profit du manteau, à cause du refroidissement séculaire du manteau, et ce depuis que la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) globale du manteau a permis l'enfouissement d'eau dans le manteau via la subduction.

En savoir plus:
Mantle rain towards the Earth's surface: a model for the internal cycle of water - Physics of the Earth and Planetary Interiors, Volume 322.
Denis Andrault et Nathalie Bolfan-Casanova.
https://doi.org/10.1016/j.pepi.2021.106815

Contacts:
- Denis Andrault - Enseignant-chercheur de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Clermont-Auvergne au laboratoire Magmas et Volcans (LMV) / OPGC - d.andrault at opgc.univ-bpclermont.fr
- Nathalie Bolfan-Casanova - Chercheuse CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) au laboratoire Magmas et Volcans (LMV) / OPGC - n.bolfan at opgc.univ-bpclermont.fr
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