Il pourrait y avoir plus d'un quadrillion de tonnes de diamants cachés à l'intérieur de la Terre, selon une nouvelle étude du MIT et d'autres universités. Mais il est peu probable que les nouveaux résultats déclenchent une ruée vers le diamant. Les scientifiques estiment que les minéraux précieux sont enfouis à plus de 100 miles sous la surface, bien plus profond qu'aucune expédition de forage n'a jamais atteint.

La cache ultra-profonde peut être dispersée dans les racines cratoniques - les sections de roche les plus anciennes et les plus immobiles qui se trouvent sous le centre de la plupart des plaques tectoniques continentales. En forme de montagnes inversées, les cratons peuvent s'étendre jusqu'à 200 milles à travers la croûte terrestre et dans son manteau; les géologues appellent leurs sections les plus profondes des « racines ».

Dans la nouvelle étude, les scientifiques estiment que les racines cratoniques peuvent contenir 1 à 2 pour cent de diamant. Considérant le volume total de racines cratoniques dans la Terre, l'équipe estime qu'environ un quadrillion (10 ¹⁶ ) des tonnes de diamant sont dispersées dans ces roches anciennes, 90 à 150 milles sous la surface.

"Cela montre que le diamant n'est peut-être pas ce minéral exotique, mais à l'échelle [géologique] des choses, c'est relativement courant, " dit Ulrich Faul, chercheur au Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et sciences planétaires. "Nous ne pouvons pas les atteindre, mais reste, il y a beaucoup plus de diamants là-bas que nous ne l'avions jamais pensé."

Les co-auteurs de Faul comprennent des scientifiques de l'Université de Californie à Santa Barbara, l'Institut de Physique du Globe de Paris, l'Université de Californie à Berkeley, École polytechnique, l'Institution Carnegie de Washington, Université de Harvard, l'Université des sciences et technologies de Chine, l'Université de Bayreuth, l'Université de Melbourne, et University College de Londres.

Un bug sonore

Faul et ses collègues sont arrivés à leur conclusion après avoir perplexe sur une anomalie dans les données sismiques. Depuis quelques décennies, des agences telles que le United States Geological Survey ont tenu des registres mondiaux de l'activité sismique - essentiellement, ondes sonores traversant la Terre déclenchées par des tremblements de terre, tsunami, explosions, et d'autres sources de tremblements de terre. Les récepteurs sismiques du monde entier captent les ondes sonores de ces sources, à différentes vitesses et intensités, que les sismologues peuvent utiliser pour déterminer où, par exemple, un tremblement de terre s'est produit.

Les scientifiques peuvent également utiliser ces données sismiques pour construire une image de ce à quoi pourrait ressembler l'intérieur de la Terre. Les ondes sonores se déplacent à différentes vitesses à travers la Terre, selon la température, densité, et la composition des roches qu'ils traversent. Les scientifiques ont utilisé cette relation entre la vitesse sismique et la composition des roches pour estimer les types de roches qui composent la croûte terrestre et des parties du manteau supérieur, également connue sous le nom de lithosphère.

Cependant, en utilisant des données sismiques pour cartographier l'intérieur de la Terre, les scientifiques ont été incapables d'expliquer une curieuse anomalie :les ondes sonores ont tendance à s'accélérer de manière significative lorsqu'elles traversent les racines d'anciens cratons. Les cratons sont connus pour être plus froids et moins denses que le manteau environnant, qui produirait à son tour des ondes sonores légèrement plus rapides, mais pas aussi vite que ce qui a été mesuré.

"Les vitesses qui sont mesurées sont plus rapides que ce que nous pensons pouvoir reproduire avec des hypothèses raisonnables sur ce qui est là, " dit Faul. " Alors nous devons dire, 'Il ya un problème.' C'est ainsi que ce projet a commencé."

Diamants dans les profondeurs

L'équipe visait à identifier la composition des racines cratoniques qui pourraient expliquer les pics de vitesses sismiques. Pour faire ça, les sismologues de l'équipe ont d'abord utilisé les données sismiques de l'USGS et d'autres sources pour générer un modèle tridimensionnel des vitesses des ondes sismiques traversant les principaux cratons de la Terre.

Prochain, Faul et autres, qui dans le passé ont mesuré les vitesses du son à travers de nombreux types de minéraux différents en laboratoire, utilisé ces connaissances pour assembler des roches virtuelles, fabriqués à partir de diverses combinaisons de minéraux. Ensuite, l'équipe a calculé à quelle vitesse les ondes sonores traverseraient chaque roche virtuelle, et n'a trouvé qu'un seul type de roche qui a produit les mêmes vitesses que ce que les sismologues ont mesuré :une qui contient 1 à 2 pour cent de diamant, en plus de la péridotite (le type de roche prédominant du manteau supérieur de la Terre) et de petites quantités d'éclogite (représentant la croûte océanique subductée). Ce scénario représente au moins 1, 000 fois plus de diamants que prévu.

"Le diamant est spécial à bien des égards, " Faul dit. " L'une de ses propriétés spéciales est, la vitesse du son dans le diamant est plus de deux fois plus rapide que dans le minéral dominant des roches du manteau supérieur, olivine."

Les chercheurs ont découvert qu'une composition rocheuse de 1 à 2 pour cent de diamant serait juste suffisante pour produire les vitesses sonores plus élevées que les sismologues ont mesurées. Cette petite fraction de diamant ne modifierait pas non plus la densité globale d'un craton, qui est naturellement moins dense que le manteau environnant.

"Ce sont comme des morceaux de bois, flottant sur l'eau, " dit Faul. " Les cratons sont un tout petit peu moins denses que leur environnement, afin qu'ils ne soient pas replongés dans la Terre mais restent flottants à la surface. C'est ainsi qu'ils préservent les roches les plus anciennes. Nous avons donc découvert qu'il suffit de 1 à 2 % de diamant pour que les cratons soient stables et ne coulent pas."

Dans un sens, Faul dit que les racines cratoniques faites en partie de diamant ont du sens. Les diamants sont forgés à haute pression, l'environnement à haute température de la Terre profonde et ne la rapproche de la surface que par des éruptions volcaniques qui se produisent toutes les quelques dizaines de millions d'années. Ces éruptions creusent des "tuyaux" géologiques faits d'un type de roche appelé kimberlite (du nom de la ville de Kimberley, Afrique du Sud, où ont été trouvés les premiers diamants de ce type de roche). Diamant, avec le magma des profondeurs de la Terre, peut cracher à travers des tuyaux de kimberlite, sur la surface de la Terre.

Pour la plupart, des cheminées de kimberlite ont été trouvées aux bords des racines cratoniques, comme dans certaines régions du Canada, Sibérie, Australie, et l'Afrique du Sud. ça aurait du sens, alors, que les racines cratoniques devraient contenir du diamant dans leur maquillage.

"C'est une preuve circonstancielle, mais nous avons tout reconstitué, ", dit Faul. "Nous avons examiné toutes les différentes possibilités, sous tous les angles, et c'est la seule qui reste comme explication raisonnable."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.