Une équipe internationale de chercheurs dirigée par des géoscientifiques du Virginia Tech College of Science a récemment découvert que les parties profondes du manteau terrestre pourraient être aussi chaudes qu'il y a plus de 2,5 milliards d'années.

L'étude, dirigé par Esteban Gazel, professeur adjoint au département de géosciences de Virginia Tech, et son doctorant Jarek Trela ​​de Deer Park, Illinois, est publié dans le dernier numéro de Géosciences de la nature . L'étude apporte de nouvelles, des preuves sans précédent sur l'évolution thermique de la Terre profonde au cours des 2,5 derniers milliards d'années, dit Gazel.

L'éon archéen, couvrant il y a 2,5 à 4 milliards d'années, est l'une des périodes les plus énigmatiques de l'évolution de notre planète, dit Gazel. Pendant cette période, la température du manteau terrestre - la région de silicate entre la croûte et le noyau externe - était plus chaude qu'elle ne l'est aujourd'hui, en raison d'une plus grande quantité de chaleur radioactive produite par la désintégration d'éléments tels que le potassium, thorium, et l'uranium. Parce que la Terre était plus chaude pendant cette période, cet intervalle de temps géologique est marqué par l'occurrence généralisée d'une roche unique connue sous le nom de komatiite.

"Les komatiites sont essentiellement des versions super chaudes des coulées de lave de style hawaïen, " dit Gazel. " Vous pouvez imaginer une coulée de lave hawaïenne, seules les komatiites étaient si chaudes qu'elles brillaient en blanc au lieu de rouge, et ils ont coulé sur une surface planétaire avec des conditions atmosphériques très différentes, plus semblable à Vénus que la planète sur laquelle nous vivons aujourd'hui."

La Terre a essentiellement cessé de produire des komatiites chaudes abondantes après l'ère archéenne parce que le manteau s'est refroidi au cours des 4,5 milliards d'années passés en raison du refroidissement par convection et d'une diminution de la production de chaleur radioactive, dit Gazel.

Cependant, Gazel et une équipe ont fait ce qu'ils appellent une découverte étonnante en étudiant la chimie des anciennes coulées de lave liées aux Galapagos, conservée aujourd'hui en Amérique centrale :une suite de laves qui montre des conditions de fusion et de cristallisation similaires aux mystérieuses komatiites archéennes.

Gazel et ses collaborateurs ont étudié un ensemble de roches de la Suite de Tortugal vieille de 90 millions d'années au Costa Rica et ont découvert qu'elles avaient des concentrations de magnésium aussi élevées que les komatiites archéennes, ainsi que des preuves de texture pour des températures de coulée de lave extrêmement chaudes.

« Des études expérimentales nous disent que la concentration en magnésium des basaltes et des komatiites est liée à la température initiale de la fonte, " dit Gazel. " Ils élèvent la température, plus la teneur en magnésium d'un basalte est élevée."

L'équipe a également étudié la composition de l'olivine, le premier minéral qui s'est cristallisé à partir de ces laves. L'olivine - un minéral vert clair que Gazel a exploré de manière obsessionnelle de nombreux volcans et régions magmatiques à rechercher - est un outil extrêmement utile pour étudier un certain nombre de conditions liées à l'origine d'une coulée de lave car c'est la première phase minérale qui se cristallise lorsqu'un manteau fondre refroidit. Les olivines contiennent également des inclusions de verre – qui était autrefois fondu – et d'autres minéraux plus petits qui sont utiles pour déchiffrer les secrets de la Terre profonde.

"Nous avons utilisé la composition de l'olivine comme un autre thermomètre pour corroborer à quel point ces laves étaient chaudes lorsqu'elles ont commencé à se refroidir, " a déclaré Gazel. " Vous pouvez déterminer la température à laquelle la lave basaltique a commencé à cristalliser en analysant la composition de l'olivine et des inclusions d'un autre minéral appelé spinelle. A des températures plus élevées, l'olivine incorporera plus d'aluminium dans sa structure et le spinelle incorporera plus de chrome. Si vous savez combien de ces éléments sont présents dans chaque minéral, alors vous connaissez la température à laquelle ils ont cristallisé."

L'équipe a découvert que les olivines de Tortugal cristallisaient à une température proche de 2, 900 degrés Fahrenheit (1, 600 degrés Celsius) - aussi élevées que les températures enregistrées par les olivines des komatiites - ce qui en fait un nouveau record sur les températures de la lave au cours des 2,5 milliards d'années passées.

Gazel et ses collaborateurs suggèrent dans leur étude que la Terre pourrait encore être capable de produire des fontes de type komatiite. Leurs résultats suggèrent que les laves de Tortugal proviennent très probablement du noyau chaud du panache du manteau des Galapagos qui a commencé à produire des fontes il y a près de 90 millions d'années et est restée active depuis.

Un panache du manteau est une structure de la terre profonde qui prend probablement naissance à la limite noyau-manteau de la planète. Quand il approche de la surface de la planète, il commence à fondre, formant des caractéristiques connues sous le nom de points chauds tels que ceux trouvés à Hawaï ou aux Galapagos. Les géologues peuvent ensuite étudier ces coulées de lave de hotspot et utiliser leurs informations géochimiques comme une fenêtre sur la Terre profonde.

"Ce qui est vraiment fascinant dans cette étude, c'est que nous montrons que la planète est encore capable de produire des laves aussi chaudes qu'à l'époque archéenne, " Dit Gazel. " Sur la base de nos résultats des laves de Tortugal, nous pensons que les panaches du manteau "tapent" une profondeur, région chaude du manteau qui ne s'est pas beaucoup refroidie depuis l'Archéen. Nous pensons que cette région est probablement alimentée par la chaleur du noyau cristallisant de la planète."

"C'est une découverte vraiment intéressante et nous allons continuer à enquêter sur Tortugal, " dit Tréla, doctorant et premier auteur de l'article. "Bien que la Suite Tortugal ait été découverte et documentée pour la première fois il y a plus de 20 ans, ce n'est que maintenant que nous avons la technologie et le support expérimental pour mieux comprendre les implications mondiales de cet emplacement. »

Trela ​​a ajouté, "Nos nouvelles données suggèrent que cette suite de roches offre une formidable opportunité de répondre aux questions clés concernant l'accrétion de la Terre, son évolution thermique, et les messages géochimiques que les panaches du manteau apportent à la surface de la planète."