Une carte géologique du massif du Wadi Tayin, Samail ophiolite. Crédit :Modifié à partir de Hanghøj et al. (2010), et Nicolas et al. (2001).
En examinant la vitesse de refroidissement des roches qui se sont formées à plus de 10 milles sous la surface de la Terre, des scientifiques dirigés par l'Université du Texas à Austin Jackson School of Geosciences ont découvert que l'eau pénètre probablement profondément dans la croûte et le manteau supérieur dans les zones d'étalement médio-océaniques, les endroits où la nouvelle croûte est faite. La découverte ajoute des preuves d'un côté d'un débat de longue date sur la façon dont le magma du manteau terrestre se refroidit pour former les couches inférieures de la croûte.
La recherche a été dirigée par Nick Dygert, un boursier postdoctoral au département des sciences géologiques de la Jackson School, et a été publié en mai dans l'édition imprimée de Lettres des sciences de la Terre et des planètes en mai. Les collaborateurs incluent Peter Kelemen de l'Université de Colombie et Yan Liang de l'Université de Brown.
Le manteau terrestre est une couche semi-solide qui sépare la croûte de la planète du noyau. Dygert a déclaré que bien qu'il soit bien connu que le magma remontant du manteau dans les zones d'étalement médio-océaniques crée une nouvelle croûte, il y a beaucoup de questions sur le fonctionnement du processus.
"Il y a un débat dans la communauté scientifique sur la façon dont la croûte océanique se forme, " Dygert a déclaré. "Et les différents modèles ont des exigences très différentes pour les régimes de refroidissement."
Pour en savoir plus sur les conditions dans lesquelles le magma se transforme en roche crustale, Dygert et ses collaborateurs ont examiné des échantillons de roche qui faisaient partie du manteau terrestre il y a cent millions d'années, mais font maintenant partie d'un canyon à Oman.
"On peut effectivement descendre 20 kilomètres à l'intérieur de la Terre, ", a déclaré Kelemen. "Cela permet aux scientifiques d'accéder à des roches qui se sont formées bien en dessous du fond marin et qui ne sont pas disponibles pour l'étude."
Un dessin animé illustrant différents modes de formation de la croûte dans la croûte océanique inférieure. Le panneau A montre le modèle du glacier Gabbro. Le panneau B montre le modèle Sheeted Sills. Crédit :Kathrin Faak, Laurence Coogan, Sumit Chakraborty.
L'équipe a utilisé des « géothermomètres », le nom d'une technique qui utilise des compositions minérales à l'intérieur d'échantillons de roche pour calculer les températures et révéler l'histoire du refroidissement de la roche. Les géothermomètres aident les scientifiques à déterminer les températures subies par les magmas et les roches lorsqu'ils se refroidissent, et déduire à quelle vitesse le refroidissement s'est produit. L'étude comprenait l'utilisation d'un nouveau géothermomètre développé par Liang, qui enregistre la température maximale atteinte par une roche avant son refroidissement.
"Les géothermomètres traditionnels vous donnent généralement une température de refroidissement plutôt qu'une température de formation pour la roche, " Dygert a déclaré. "Ce thermomètre est un nouvel outil intéressant car il nous permet d'examiner une partie de l'histoire du refroidissement qui était auparavant inaccessible pour les roches ignées."
Les températures enregistrées dans les roches montrent que la croûte inférieure et le manteau supérieur se sont refroidis et solidifiés presque instantanément, Dygert a déclaré – comme une « poêle à frire chaude jetée dans un évier d'eau » – tandis que le manteau plus profond se refroidissait plus progressivement. Le changement de température indique que l'eau circule à travers la croûte et le manteau supérieur sous les centres d'étalement médio-océaniques, et la chaleur des parties plus profondes du manteau étant dissipée par le contact avec les roches supérieures plus froides.
Actuellement, il existe deux théories principales pour la formation de la croûte. Dans l'hypothèse du seuil recouvert, l'eau de mer en circulation refroidit de nombreux petits dépôts de magma à différentes profondeurs dans la croûte inférieure, ce qui refroidirait simultanément le manteau supérieur. Dans l'hypothèse du glacier Gabbro, le magma perd progressivement de la chaleur en s'éloignant d'une chambre magmatique centrale.
La section du manteau étudiée dans l'étude provient d'une section d'ophiolite à Oman. Cette image montre une section d'ophiolite similaire de la baie des îles à Terre-Neuve. Crédit :Nick Dygert
Dygert a déclaré que les températures enregistrées par les géothermomètres correspondaient au processus de refroidissement Sheeted Sill.
"Le modèle Sheeted Sill nécessite un mécanisme de refroidissement très efficace car la cristallisation se produit à toutes les profondeurs différentes dans la croûte en même temps, " a déclaré Dygert. " Et ce que nous avons pu trouver implique fortement que la circulation hydrothermale était très efficace dans toute la section crustale. "
Découvrir comment se forme la croûte est au cœur de la compréhension de l'histoire géologique de notre planète, Dygert a dit, mais les résultats pourraient aussi avoir des implications pour l'avenir de notre planète. Certains scientifiques ont proposé de mélanger du dioxyde de carbone (CO2) avec de l'eau et de l'injecter dans la roche du manteau pour lutter contre le changement climatique. Le CO2 réagit avec les minéraux du manteau, qui enferme en toute sécurité le carbone dans leurs structures cristallines. Cependant, Dygert note que la roche du manteau qui a déjà été exposée à l'eau de mer peut ne pas réagir aussi facilement avec le CO2, ce qui ralentirait le processus de capture du carbone. Dygert a déclaré que les nouveaux résultats suggèrent que la circulation de l'eau sous les dorsales médio-océaniques est effectivement limitée à la section crustale, et que d'énormes sections du manteau pourraient être disponibles sous la croûte océanique pour piéger efficacement le CO2.
