De nouvelles recherches menées par des géochimistes de l'Université Brown fournissent de nouvelles informations sur l'échelle à laquelle le manteau terrestre varie en composition chimique. Les résultats pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre le processus de mélange de la convection du manteau, le lent barattage qui entraîne le mouvement des plaques tectoniques de la Terre.

"Nous savons que le manteau est hétérogène en composition, mais il a été difficile de déterminer à quel point ces hétérogénéités pourraient être grandes ou petites, " dit Boda Liu, un doctorat étudiant en géologie à Brown. "Ce que nous montrons ici, c'est qu'il doit y avoir des hétérogénéités d'au moins un kilomètre pour produire la signature chimique que nous observons dans les roches dérivées des matériaux du manteau."

La recherche, que Liu a co-écrit avec Yan Liang, professeur au département des sciences de l'environnement et des planètes de Brown, est publié dans Avancées scientifiques .

La croûte terrestre est sur une bande transporteuse en mouvement constant entraînée par le manteau de convection. Aux dorsales médio-océaniques, les limites au fond de l'océan où les plaques tectoniques s'éloignent les unes des autres, une nouvelle croûte est créée par l'éruption de magmas formés par la remontée des matériaux du manteau depuis les profondeurs. Aux zones de subductions, où une plaque tectonique glisse sous une autre, vieux matériel de croûte, altéré par les processus en surface, est repoussé dans le manteau. Ce recyclage peut créer des matériaux de manteau de compositions différentes ou "enrichies", que les géochimistes appellent « hétérogénéités ». Ce qui arrive à ce matériau enrichi une fois qu'il est recyclé n'est pas entièrement compris.

"C'est l'une des grandes questions des sciences de la Terre, « Dans quelle mesure la convection du manteau mélange-t-elle et homogénéise-t-elle ces hétérogénéités ? Ou comment ces hétérogénéités pourraient-elles être préservées ?"

Les scientifiques découvrent la composition du manteau en étudiant les basaltes des dorsales médio-océaniques (MORB), des roches formées par la solidification de magmas ont éclaté sur le fond marin. Comme les empreintes digitales, Les compositions isotopiques des MORB peuvent être utilisées pour retracer la source du manteau dont elles sont dérivées.

Un autre type de roche du fond marin appelée péridotites abyssales est le manteau restant après la formation des MORB. Ce sont des morceaux de roche du manteau qui étaient autrefois le manteau le plus élevé et qui ont ensuite été soulevés jusqu'au fond marin. Les péridotites abyssales ont une composition isotopique différente de celle des MORB qui semblent provenir de la même région du manteau. Pour expliquer cette différence dans les compositions isotopiques, les scientifiques ont conclu que les MORB captent le signal isotopique des poches de matière enrichie, les restes de la croûte subductée conservés dans le manteau.

La question à laquelle cette nouvelle étude a cherché à répondre est de savoir quelle devrait être la taille de ces poches enrichies pour que leur signature isotopique survive au voyage vers la surface. Au fur et à mesure que le magma monte vers la surface, il interagit avec le manteau ambiant, ce qui aurait tendance à atténuer le signal du matériau enrichi dans la masse fondue. Pour leur étude, Liu et Liang ont modélisé les processus de fusion et de transport du magma. Ils ont découvert que pour produire les différents signaux isotopiques entre les MORB et les péridotites abyssales, les poches de matériau enrichi en profondeur devraient avoir une taille d'au moins un kilomètre.

"Si l'échelle de longueur de l'hétérogénéité est trop petite, l'échange chimique lors du flux magmatique effacerait les hétérogénéités, " a dit Liang. " Donc, afin de produire la différence de composition que nous voyons, notre modèle montre que l'hétérogénéité doit être d'un kilomètre ou plus."

Les chercheurs espèrent que leur étude ajoutera une nouvelle perspective à la structure à petite échelle du manteau produite par la convection du manteau.

"Notre contribution ici est de donner une idée de l'ampleur de certaines de ces hétérogénéités, " a dit Liang. " Alors la question à la communauté au sens large devient :quels pourraient être les processus profonds du manteau qui peuvent produire cela ?