Comment le manteau envoie l’eau à la surface La science

Caché dans la terre – dans les premières centaines de kilomètres sous la croûte – il y a un autre océan. C’est probablement le plus grand océan du monde. Cette eau ne traîne pas dans une grande piscine. Aucun poisson ne plonge dans ses profondeurs. En fait, cet océan n’est que de l’eau au sens le plus large : décomposé en ses atomes composites d’hydrogène et d’oxygène et lié chimiquement à la roche environnante, cet océan est un réservoir. Ou la plupart.

Denis Andrault et Nathalie Bolfan-Casanova, géoscientifiques à l’Université de Clermont Auvergne en France, ont développé un nouveau modèle qui montre qu’il y a plus de cette eau en mouvement qu’on ne le pensait auparavant. Lorsque la roche solide du manteau – la couche de la planète entre la croûte et le noyau – devient saturée d’eau chimiquement dissociée, elle peut se transformer en une boue fondue riche en eau. Quand c’est le cas, il s’infiltre dans la croûte. Les chercheurs appellent ce manteau la pluie.

Tout comme le cycle hydrologique entre l’atmosphère, les glaciers, les lacs, les rivières, les aquifères et l’océan affecte le niveau de la mer, l’abondance des précipitations et la fréquence des sécheresses, l’échange d’eau entre le manteau et la surface détermine l’habitabilité de la Terre. Les scientifiques savent déjà que l’eau peut être entraînée dans le manteau par la subduction des plaques tectoniques et ramenée à la surface par des choses comme les éruptions volcaniques, les bouches hydrothermales et la formation d’une nouvelle croûte aux centres océaniques d’expansion. Lorsque ce cycle d’eau profonde entre le manteau et la surface est en équilibre, le niveau de la mer sur Terre reste stable. Sinon, notre planète pourrait exister comme un océan mondial unique au point d’être un monde desséché.

L’habitabilité de la terre a grandement bénéficié du fait que le niveau de la mer terrestre est resté le même relativement stable depuis des milliards d’années. Selon des études antérieures sur le manteau terrestre, cependant, cela aurait pu être très différent. Des estimations basées sur des mécanismes précédemment compris du cycle des eaux profondes suggèrent que près de deux fois plus d’eau est transportée dans le manteau qu’elle n’en est relâchée à la surface.

« A environ 410 kilomètres sous la surface, il y a une couche qui peut contenir beaucoup d’eau », explique Andrault. La compréhension dominante est que l’eau doit rester là pour toujours, dit-il. Si tel était le cas, l’eau de surface de la Terre aurait lentement reculé et serait piégée dans le manteau.

Mais c’est là que la pluie pardessus entre en jeu.

Dans leur étude, Andrault et Bolfan-Casanova montrent que la pluie mantellique pourrait être suffisante pour maintenir l’équilibre du cycle des eaux profondes.

Pour détecter la pluie du manteau, les chercheurs ont étudié ce qui se passe lorsqu’une dalle de subduction de roche et d’eau liée à la roche s’enfonce plus profondément dans le manteau. Ils ont découvert que l’augmentation des températures et des pressions à mesure que vous descendez provoque la fonte des roches et la libération de l’eau.

« La fonte est comme une boue », dit Andrault. « Imaginez un mélange spongieux de grains de sable collés ensemble avec de la boue entre les deux – la boue est la pluie du manteau. »

Finalement, au fur et à mesure que la roche fond et que plus d’eau est libérée de la roche, cette fonte devient suffisamment légère pour commencer à monter. Ce faisant, l’eau se lie aux minéraux du manteau supérieur, abaissant leurs points de fusion, provoquant plus de fusion, ce qui libère plus d’eau – et le cycle continue.

Le modèle d’Andrault et Bolfan-Casanova de la pluie du manteau, dit Yoshinori Miyazaki, un spécialiste de la terre et des planètes au California Institute of Technology qui n’a pas participé à l’étude, « indique qu’il peut y avoir un autre moyen, l’eau en plus de la surface surface pour transporter la convection globale du manteau lui-même. »

« L’eau n’aime généralement pas être dans la phase rocheuse », explique Miyazaki. « Il s’échappera avec plaisir dans la phase de fusion et s’infiltrera vers le haut. » Andrault dit que plus de travail est nécessaire pour comprendre dans quelle mesure l’eau s’échappe de cette manière.

Le modèle de pluie du manteau suggère également qu’il y a actuellement une masse océanique dans le manteau supérieur. « Avec l’océan à la surface », dit Andrault, « cela garantit qu’il y a toujours de l’eau à la surface de la terre ».

« Nous avons encore beaucoup à apprendre sur le cycle des eaux profondes », déclare Miyazaki. « Mais un fait certain est que le maintien du niveau moyen de la mer sur Terre relativement constant au cours des 500 derniers millions d’années et probablement plus a fonctionné de manière étonnante pour maintenir un environnement habitable pour que la vie continue. »

Cet article est tiré de Hakai Magazine, une publication en ligne sur la science et la société dans les écosystèmes côtiers. Lisez plus d’histoires comme celle-ci sur hakaimagazine.com.

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