Le manteau terrestre - la couche entre la croûte et le noyau externe - abrite une soupe primordiale encore plus ancienne que la lune. Parmi les principaux ingrédients se trouve l'hélium-3 (He-3), un vestige du Big Bang et des réactions de fusion nucléaire dans les étoiles. Et le manteau est sa seule source terrestre.

Les scientifiques qui étudient les points chauds volcaniques en ont de solides preuves, trouver de l'hélium-3 élevé par rapport à l'hélium-4 dans certains panaches, les remontées du manteau profond de la Terre. Réservoirs primordiaux dans la Terre profonde, échantillonné par un petit nombre de points chauds volcaniques dans le monde, ont cette ancienne signature He-3/4.

Inspiré par un article de 2012 qui proposait une corrélation entre ces points chauds et la vitesse des ondes sismiques se déplaçant à l'intérieur de la Terre, Le géochimiste de l'UC Santa Barbara, Matthew Jackson, s'est associé aux auteurs de l'article original, Thorsten Becker de l'Université du Texas à Austin et Jasper Konter de l'Université d'Hawaï, pour montrer que seuls les points chauds les plus chauds avec la vitesse des vagues la plus lente puisent dans le réservoir primitif. formé au début de l'histoire de la planète. Leurs découvertes paraissent dans la revue La nature .

"Nous avons utilisé la sismologie du manteau peu profond - la vitesse à laquelle les ondes sismiques traversent la Terre sous sa croûte - pour faire des inférences sur le manteau plus profond, " dit Jackson, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre de l'UCSB. « A 200 km, le manteau peu profond a la plus grande variabilité des vitesses sismiques - plus de 6 pour cent, ce qui est beaucoup. Quoi de plus, cette variabilité, que nous supposons se rapporte à la température, est en corrélation avec He-3."

Pour leur étude, les chercheurs ont utilisé les derniers modèles sismiques de la structure de vitesse de la Terre et 35 ans de données sur l'hélium. Lorsqu'ils ont comparé les points chauds océaniques avec des niveaux élevés de He-3/4 aux vitesses des ondes sismiques, ils ont constaté que ceux-ci représentent les points chauds les plus chauds, avec des ondes sismiques qui se déplacent plus lentement que dans les zones plus froides. Ils ont également analysé le flux de flottabilité des points chauds, qui peut être utilisé pour mesurer la quantité de fonte produite par un point chaud particulier. À Hawaii, les îles Galapagos, Samoa et l'île de Pâques ainsi qu'en Islande, les points chauds avaient des niveaux de flottabilité élevés, confirmant une règle de base de la physique :le plus chaud, le plus porteur.

"Nous avons constaté que plus le flux de flottabilité du hotspot est élevé, plus un point chaud produisait de fonte et plus il était susceptible d'avoir un He-3/4 élevé, " a déclaré Jackson. " Les panaches plus chauds ont non seulement une vitesse sismique plus lente et un flux de flottabilité de point chaud plus élevé, ce sont aussi ceux qui ont le He-3/4 le plus élevé. Tout cela est bien lié et c'est la première fois que He-3/4 est corrélé à des vitesses de manteau peu profondes et à la flottabilité des points chauds dans le monde."

Becker a noté que la corrélation n'implique pas la causalité, "mais c'est plutôt chouette que nous ayons trouvé deux fortes corrélations, qui indiquent tous deux le même mécanisme physiquement plausible :la substance primordiale est captée préférentiellement par les remontées thermochimiques les plus dynamiques. »

Les auteurs ont également voulu savoir pourquoi seuls les plus chauds, les panaches les plus flottants échantillonnent une teneur élevée en He-3/4.

"L'explication que nous avons proposée - que les gens qui font des simulations numériques suggèrent depuis longtemps - est que quel que soit ce réservoir d'hélium primitif, il doit être vraiment dense pour que seuls les plus chauds, la plupart des panaches flottants peuvent en entraîner une partie à la surface, " a déclaré Jackson. " Cela a du sens et cela explique également comment quelque chose d'aussi ancien a pu survivre dans le manteau de convection chaotique pendant 4,5 milliards d'années. Le contraste de densité rend plus probable que l'ancien réservoir d'hélium soit préservé plutôt que mélangé."

« Étant donné que cette corrélation entre la géochimie et la sismologie tient désormais des isotopes de l'hélium dans ce travail aux compositions que nous avons examinées en 2012, il apparaît que les variations géochimiques globales du hotspot devront être réexaminées du point de vue de la flottabilité, " a conclu Konter.