Un trésor d'eau peut se cacher à plus de 400 kilomètres sous vos pieds.
C'est là que le manteau terrestre rencontre la croûte. Les géoscientifiques pensaient depuis longtemps qu'au-dessous de cette zone de transition (à partir de 255 miles, ou 410 km de profondeur), un minéral rempli d'eau appelé brucite était instable et donc décomposé, envoyant des molécules d'eau s'écoulant vers la surface de la planète.
Mais de nouvelles recherches suggèrent qu'avant que la brucite - qui est composée à 50% d'oxyde de magnésium et à 50% d'eau - se décompose, elle se transforme en une autre structure 3D plus stable. La découverte, détaillée en ligne le 21 novembre dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, signifie qu'il y a une réserve d'eau située plus profondément dans la Terre qu'on ne le pensait auparavant.
"n'était pas entièrement prévu", a déclaré le co-auteur de l'étude Andreas Hermann, maître de conférences en physique numérique à l'Université d'Edimbourg en Ecosse. "parce que les gens ont étudié ce matériau pendant des décennies et personne n'a jamais pensé à chercher s'il y aurait une autre phase avant qu'elle ne finisse par s'effondrer."
Sonder la Terre profonde
Les scientifiques pensaient auparavant que la brucite n'est restée stable que jusqu'à la zone de transition, une couche de 250 km de profondeur juste en dessous du manteau supérieur. En partie, la structure du minéral a informé ce point de vue. La brucite est un matériau en couches dans lequel les molécules de chaque couche sont fortement liées les unes aux autres mais faiblement connectées aux autres couches. Un matériau comme celui-ci, s'il est pressé avec suffisamment de pression, doit subir une sorte de changement. Les chercheurs ont précédemment supposé qu'en réponse à la pression de la zone de transition, qui atteint environ 200 000 atmosphères, la brucite s'effondrerait. (Une atmosphère correspond approximativement à la pression au niveau de la mer).
Incapable de sonder directement la Terre profonde, Hermann et son co-auteur, Mainak Mookherjee, professeur de géologie à la Florida State University, ont utilisé des calculs de mécanique quantique, analysant diverses structures possibles pour la brucite dans les conditions de la Terre profonde.
"Il s'agit de l'informatique Big Data", a déclaré Hermann. "Nous créons des milliers de structures, les optimisons toutes et effectuons des calculs suffisamment précis pour que si quelque chose se démarque comme étant plus stable que quelque chose d'autre, nous pouvons affirmer de manière fiable qu'il en est ainsi."
La brucite est un minéral bien étudié et relativement simple. Malgré cela, Hermann a déclaré que la clé des nouveaux calculs était d'ignorer les hypothèses existantes sur la brucite. Après plusieurs mois de fonctionnement de diverses structures via leur programme informatique, les chercheurs ont découvert une phase de brucite jusque-là inconnue qui serait capable de résister aux hautes pressions présentes dans le manteau inférieur.
Même avec cette nouvelle phase de brucite, les scientifiques sont toujours incapables de mesurer directement la quantité de substance dans le manteau ou la quantité d'eau que contient le minéral. Cependant, Hermann et Mookherjee ont déterminé les propriétés élastiques de la nouvelle phase de brucite. Sachant cela, a déclaré Hermann, les sismologues peuvent être en mesure de détecter la quantité de brucite dans le manteau, car les signatures des tremblements de terre diffèrent en fonction de l'élasticité de la roche à travers laquelle ils voyagent.
Pourquoi la brucite est importante
Les estimations actuelles suggèrent que la Terre profonde peut contenir autant d'eau que tous les océans à la surface de la planète réunis. Ce réservoir d'eau, et la brucite additionnelle peut également contenir, sont d'une importance vitale pour le mouvement des matériaux à travers la Terre. Alors que les minéraux contenant de l'eau descendent à travers les couches de la Terre, les matériaux se décomposent finalement, libérant l'eau qui remonte à la surface, souvent par l'activité volcanique.
L'eau est essentielle au recyclage des minéraux par le volcanisme et la tectonique des plaques, car elle fournit la lubrification nécessaire pour que les divers matériaux rocheux se déplacent les uns les autres, comme cela se produit dans les zones de subduction. Il aide également certains matériaux à se dissoudre au fur et à mesure du passage dans le cycle de la roche. Sans eau, a déclaré Hermann, la planète serait au point mort géologique. Cela signifie pas de nouvelle croûte ou sol, et un arrêt du volcanisme; ces changements pourraient avoir des effets catastrophiques sur la terre et l'atmosphère de la planète.
En plus de changer potentiellement la compréhension des scientifiques des réservoirs d'eau bien en dessous de la surface de la Terre, Hermann a déclaré que cette recherche défend une nouvelle façon de penser la Terre profonde en général. Les chercheurs n'auraient pas trouvé cette nouvelle phase s'ils avaient favorisé la version acceptée, a-t-il dit.
