Comment les scientifiques ont révélé les secrets des eaux profondes de la Terre

Une étude révolutionnaire révèle que l’eau de surface de la Terre atteint le noyau, modifiant sa composition et suggérant une interaction plus dynamique entre le noyau et le manteau ainsi qu’un cycle mondial de l’eau complexe.

Il y a quelques décennies, les sismologues qui ont photographié la planète profonde ont identifié une fine couche d’un peu plus de quelques centaines de kilomètres d’épaisseur. L’origine de cette couche, appelée couche primaire E, restait jusqu’à présent un mystère.

Une équipe internationale de chercheurs, comprenant les scientifiques Dan Shim, Taehyun Kim et Joseph O’Rourke du College of Earth and Space Exploration de l’Arizona State University, a révélé que l’eau de la surface de la Terre peut pénétrer profondément dans la planète, modifiant ainsi la composition de la planète. La région externe du métal liquide nuclée et forme une fine couche caractéristique.

Leur recherche a été publiée le 13 novembre dans la revue Sciences naturelles de la terre.

Processus de transport en eau profonde

Les recherches indiquent qu’au fil des milliards d’années, les eaux de surface ont été transportées profondément dans la Terre par subduction ou subduction des plaques tectoniques. Atteignant la limite entre le noyau et le manteau, à environ 1 800 milles sous la surface, cette eau déclenche une réaction chimique profonde, modifiant la structure du noyau.

Illustration de l’intérieur de la Terre révélant de l’eau subductrice et une colonne montante de magma. À l’interface où l’eau incorporée rencontre le noyau, un échange chimique se produit pour former une couche riche en hydrogène dans le noyau externe supérieur et de la silice dense au bas du manteau. Crédit : Université Yonsei

Réactions chimiques à la limite noyau-manteau

Avec le jeune Jae Lee de Université Yonsei En Corée du Sud, Shim et son équipe ont démontré, grâce à des expériences à haute pression, que l’eau immergée réagit chimiquement avec les matériaux basiques. Cette réaction forme une couche riche en hydrogène et appauvrie en silicium, transformant la région supérieure externe du noyau en une structure semblable à un film. De plus, la réaction génère des cristaux de silice qui montent et fusionnent dans le manteau. Cette couche minérale liquide modifiée devrait être moins dense, avec des vitesses sismiques plus faibles, ce qui est cohérent avec les caractéristiques anormales cartographiées par les sismologues.

Interaction noyau-manteau et effets globaux

« Pendant de nombreuses années, on pensait que l’échange physique entre le noyau terrestre et son manteau était faible. Cependant, nos récentes expériences à haute pression révèlent une histoire différente. « Nous avons découvert que lorsque l’eau atteint la limite entre le noyau et le manteau, il interagit avec le silicium dans le noyau », a déclaré Shim. , formant de la silice.  » « Cette découverte, ainsi que notre observation précédente de diamants formés à partir de la réaction de l’eau avec le carbone dans le fer liquide sous une pression extrême, indique une interaction beaucoup plus dynamique. entre le noyau et le manteau, indiquant un échange physique important.

Cette découverte fait progresser notre compréhension des processus internes de la Terre, suggérant un cycle mondial de l’eau plus étendu qu’on ne le pensait auparavant. Le changement de « couche » du noyau a de profondes implications sur les cycles géochimiques reliant le cycle des eaux de surface au noyau minéral profond.

Référence : « Une couche riche en hydrogène dans le noyau externe supérieur provient d’eau profondément submergée » par Taehyun Kim, Joseph J. O’Rourke, Jeongmin Lee, Stella Chariton, Vitaly Prakapinka, Rachel J. Husband, Nico Giordano, Hans-Peter Lerman, Sang-Hyun Shim et Youngjae Lee, 13 novembre 2023, Sciences naturelles de la terre.
est ce que je: 10.1038/s41561-023-01324-x

L’étude a été menée par une équipe internationale de géoscientifiques utilisant des techniques expérimentales avancées à la source de photons avancée du laboratoire national d’Argonne et à PETRA III du Deutsches Elektronen-Synchrotron en Allemagne pour reproduire les conditions extrêmes à la limite noyau-manteau.

Les membres de l’équipe et leurs rôles clés au sein de l’ASU sont Kim, qui a commencé ce projet en tant que doctorant invité et est maintenant chercheur postdoctoral à l’École d’exploration de la Terre et de l’espace ; Wasim, professeur à l’École d’exploration de la Terre et de l’espace, qui a dirigé les travaux expérimentaux à haute pression ; O’Rourke, professeur adjoint à l’École d’exploration de la Terre et de l’espace, a effectué des simulations informatiques pour comprendre la formation et la continuité de la couche mince changeante dans le noyau. Lee a dirigé l’équipe de recherche de l’Université Yonsei, aux côtés des principaux chercheurs Vitaly Prakapinka et Stella Chariton de l’Advanced Photon Source et Rachel Zug, Nico Giordano et Hans-Peter Lerman du Deutsches Elektronen-Synchrotron.

Ce travail a été soutenu par le programme NSF Earth Sciences.