Le manteau terrestre est l’épaisse couche de roche silicatée entre la croûte terrestre et son noyau en fusion, représentant environ 84 % du volume de notre planète. Le manteau est principalement solide mais, à l’échelle des temps géologiques, il se comporte comme un fluide visqueux – aussi difficile à remuer et à mélanger qu’un pot de caramel.
Mais, en vous en tenant aux comparaisons de bonbons, pensez peut-être davantage aux boules de malt et non aux caramels gluants. Une étude de l’Université de Washington à St. Louis suggère que la partie profonde de l’ancien manteau la plus proche du noyau de la Terre a commencé sensiblement plus sèche que la partie du manteau la plus proche de la surface de la jeune planète.
En analysant les données isotopiques des gaz nobles, Rita Parai, professeure adjointe de sciences de la Terre et des Planètes aux Arts et Sciences, a déterminé que l’ancien manteau du panache (la partie profonde) avait une concentration en eau qui était un facteur de 4 à 250 fois inférieure par rapport à la concentration en eau du manteau supérieur.
Le contraste de viscosité résultant aurait pu empêcher le mélange dans le manteau, aidant à expliquer certains mystères de longue date sur la formation et l’évolution de la Terre. La recherche est publiée la semaine du 11 juillet dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).
« Un contraste de viscosité primordial peut expliquer pourquoi les impacts géants qui ont déclenché les océans de magma du manteau entier n’ont pas homogénéisé la planète en croissance », a déclaré Parai, qui est membre du corps professoral du McDonnell Center for the Space Sciences de l’université. « Cela pourrait également expliquer pourquoi le manteau du panache a subi moins de traitement par fusion partielle au cours de l’histoire de la Terre. »
L’enquête de Parai remet en question une hypothèse qui était autrefois largement répandue dans son domaine : que le manteau terrestre était uniforme depuis le début. Lorsque le système solaire s’est installé dans sa disposition actuelle il y a environ 4,5 milliards d’années, la Terre s’est formée lorsque la gravité a attiré du gaz et de la poussière tourbillonnants pour devenir la troisième planète à partir du soleil. Les volatils comme l’eau, le carbone, l’azote et les gaz nobles ont été livrés à la Terre lors de sa formation, mais l’étude de Parai suggère que le matériau qui s’est accrété plus tôt était un type de roche plus sec que ce qui s’est accrété plus tard.
Elle a découvert que les isotopes de l’hélium, du néon et du xénon (Xe) du manteau exigent que le manteau du panache ait de faibles concentrations de volatils comme le Xe et l’eau à la fin de cette période d’accrétion, par rapport au manteau supérieur. Le manteau supérieur a peut-être bénéficié d’une plus grande contribution de masse provenant de matériaux riches en volatils similaires à une classe de météorites appelées chondrites carbonées.
Parai adopte une approche à plusieurs volets pour comprendre l’histoire de la vie d’une planète. Cette étude en PNAS présente un modèle qu’elle a développé, mais Parai fait également son propre travail expérimental avec des échantillons de roche dans son laboratoire de géochimie des isotopes à haute température à l’Université de Washington. Elle étudie les isotopes des gaz nobles – en particulier ceux du Xe – dans les roches volcaniques pour comprendre l’évolution de la composition du manteau terrestre et dans les roches terrestres à la surface de la Terre pour voir l’évolution de l’atmosphère.
« Dans mon laboratoire », a déclaré Parai, « nous prélevons des échantillons de roches naturelles – principalement des roches volcaniques modernes, mais aussi des roches anciennes –et nous essayons de comprendre différentes choses sur l’histoire de la Terre. Plus précisément, nous voulons savoir comment la Terre a obtenu son atmosphère, ses océans et d’autres caractéristiques liées à l’habitabilité. »
Un ancien manteau de panache sec d’isotopes de gaz rares, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2201815119