Un changement sismique

Par Université de Copenhague - Faculté de santé et des sciences médicales31 juillet 2023

L'eau abondante, la vie et la tectonique unique des plaques sur Terre ont façonné son histoire. Cependant, une nouvelle étude suggère que la tectonique des plaques pourrait être un phénomène récent, le manteau étant précédemment stratifié, cachant peut-être du matériel primordial non perturbé.

La Terre est vraiment unique parmi les planètes de notre système solaire. Il possède de vastes océans d’eau et une vie abondante. Cependant, la particularité de la Terre s'étend au-delà de sa biodiversité et de ses océans : c'est la seule planète de notre système solaire qui subit le phénomène de tectonique des plaques, un processus intrinsèque à la formation de sa structure géologique, de son climat et, potentiellement, de la progression de la vie elle-même. .

Le terme « tectonique des plaques » désigne le mouvement dynamique et l'interaction complexe des plaques tectoniques à travers la croûte terrestre. Ces plaques tectoniques sont mises en mouvement par le flux extrêmement lent mais persistant du manteau terrestre, appelé convection. Ce processus transporte la chaleur du noyau interne vers la surface de notre planète.

Les chercheurs pensent que la convection dans le manteau, qui a commencé peu après la formation de la Terre il y a 4,5 milliards d'années, se produit à l'échelle du manteau entier. Ainsi, lorsque des plaques entrent en collision à la surface de la Terre, l'une d'elles cède et s'enfonce dans le manteau chaud et se retrouve dans une sorte de cimetière de plaques au sommet du noyau métallique de la Terre.

Cependant, une nouvelle étude de l'Université de Copenhague publiée dans la revue Nature suggère que ce style de tectonique des plaques pourrait être une caractéristique plus récente de l'histoire géologique de la Terre.

"Nos nouveaux résultats suggèrent que pendant la majeure partie de l'histoire de la Terre, la convection dans le manteau était stratifiée en deux couches distinctes, à savoir les régions supérieure et inférieure du manteau isolées les unes des autres", explique Zhengbin Deng, ancien professeur adjoint à l'Université de Copenhague et premier auteur de la nouvelle étude.

La transition entre le manteau supérieur et le manteau inférieur se produit à environ 660 km sous la surface de la Terre. A cette profondeur, certains minéraux subissent une transition de phase. Deng et ses collègues pensent que cette transition de phase pourrait être la raison pour laquelle les régions du manteau supérieur et inférieur sont restées pour la plupart isolées.

« Nos résultats indiquent que dans le passé, le recyclage et le mélange des plaques subductées dans le manteau étaient limités au manteau supérieur, où règne une forte convection. C’est très différent de la façon dont nous pensons que la tectonique des plaques fonctionne aujourd’hui, où les plaques subductrices coulent jusqu’au manteau inférieur », explique le professeur associé Martin Schiller, également à l’origine de la nouvelle étude.

Pour parvenir à leurs conclusions, les scientifiques ont développé une nouvelle méthode permettant de produire des mesures de très haute précision de la composition isotopique de l'élément titane dans diverses roches. Les isotopes sont des versions du même élément qui ont des masses légèrement différentes. La composition isotopique du titane est modifiée lors de la formation de la croûte terrestre. Cela rend les isotopes du titane utiles pour retracer la manière dont les matériaux de surface, comme la croûte, sont recyclés dans le manteau terrestre au fil des temps géologiques. Grâce à cette nouvelle technique, ils ont déterminé la composition des roches du manteau qui se sont formées il y a 3,8 milliards d’années jusqu’aux laves modernes.

Si le recyclage et le mélange des plaques tectoniques étaient limités au manteau supérieur, comme le postule la nouvelle étude, cela signifie que le manteau inférieur pourrait contenir du matériel primordial non perturbé. Le concept de manteau primordial fait référence à un réservoir de matière mantellique qui est resté relativement inchangé et préservé depuis les premiers stades de la formation de la Terre, il y a environ 4,5 milliards d'années.

L’idée selon laquelle un réservoir primordial existe dans les profondeurs de la Terre n’est pas nouvelle et a été suggérée sur la base de la composition isotopique des gaz rares piégés dans les laves des volcans profonds modernes. Cependant, l'interprétation de ces données est ambiguë et certains ont suggéré que ce signal isotopique proviendrait du noyau terrestre plutôt que du manteau profond. Le titane n’étant pas présent dans le noyau terrestre, il apporte une nouvelle perspective à ce débat de longue date.