Les collisions au ralenti de plaques tectoniques sous l'océan entraînent environ trois fois plus d'eau dans les profondeurs de la Terre qu'on ne l'avait estimé auparavant, selon une étude sismique unique en son genre qui s'étend sur la fosse des Mariannes.

Les observations de la fosse océanique la plus profonde du monde ont des implications importantes pour le cycle mondial de l'eau, selon des chercheurs en Arts &Sciences de l'Université de Washington à St. Louis.

"Les gens savaient que les zones de subduction pouvaient faire tomber l'eau, mais ils ne savaient pas combien d'eau, " a déclaré Chen Cai, qui a récemment terminé ses études de doctorat à l'Université de Washington. Cai est le premier auteur de l'étude publiée dans le numéro du 15 novembre de la revue La nature .

"Cette recherche montre que les zones de subduction déplacent beaucoup plus d'eau dans l'intérieur profond de la Terre - à plusieurs kilomètres sous la surface - qu'on ne le pensait auparavant, " dit Candace Major, un directeur de programme à la Division des sciences océaniques de la National Science Foundation, qui a financé l'étude. "Les résultats mettent en évidence le rôle important des zones de subduction dans le cycle de l'eau de la Terre."

"Les estimations précédentes varient considérablement dans la quantité d'eau qui est subduite à plus de 60 miles, " a déclaré Doug Wiens, le professeur distingué Robert S. Brookings en sciences de la Terre et des planètes en arts et sciences et le conseiller de recherche de Cai pour l'étude. "La principale source d'incertitude dans ces calculs était la teneur en eau initiale du manteau supérieur subductif."

Pour mener cette étude, les chercheurs ont écouté plus d'un an de grondements de la Terre - du bruit ambiant aux tremblements de terre réels - en utilisant un réseau de 19 passifs, des sismographes de fond océanique déployés dans la fosse des Mariannes, ainsi que sept sismographes insulaires. La tranchée est l'endroit où la plaque de l'océan Pacifique occidental glisse sous la plaque Mariana et s'enfonce profondément dans le manteau terrestre à mesure que les plaques convergent lentement.

Les nouvelles observations sismiques brossent un tableau plus nuancé de la plaque du Pacifique se pliant dans la tranchée, résolvant sa structure tridimensionnelle et suivant les vitesses relatives des types de roches qui ont différentes capacités de rétention d'eau.

La roche peut saisir et retenir l'eau de diverses manières.

L'eau de l'océan au sommet de la plaque descend dans la croûte terrestre et le manteau supérieur le long des lignes de faille qui lacent la zone où les plaques entrent en collision et se plient. Ensuite, il est piégé. Sous certaines conditions de température et de pression, les réactions chimiques forcent l'eau à prendre une forme non liquide sous forme de minéraux hydratés (roches humides) bloquant l'eau dans la roche de la plaque géologique. Tout en, la plaque continue de s'enfoncer toujours plus profondément dans le manteau terrestre, apporter l'eau avec elle.

Des études antérieures dans des zones de subduction comme la fosse des Mariannes ont noté que la plaque de subduction pouvait retenir l'eau. Mais ils n'ont pas pu déterminer la quantité d'eau qu'il contenait et sa profondeur.

"Les conventions précédentes étaient basées sur des études de sources actives, qui ne peut montrer que les 3-4 premiers milles dans la plaque entrante, " dit Cai.

Il faisait référence à un type d'étude sismique qui utilise des ondes sonores créées par le souffle d'un canon à air à bord d'un navire de recherche océanique pour créer une image de la structure rocheuse souterraine.

"Ils ne pouvaient pas être très précis sur son épaisseur, ou à quel point il est hydraté, " a déclaré Cai. "Notre étude a essayé de limiter cela. Si l'eau peut pénétrer plus profondément dans la plaque, il peut y rester et être ramené à des profondeurs plus profondes."

Les images sismiques obtenues par Cai et Wiens montrent que la zone de roche hydratée de la fosse des Mariannes s'étend sur près de 20 milles sous le fond marin, bien plus profondément qu'on ne le pensait auparavant.

La quantité d'eau qui peut être retenue dans ce bloc de roche hydratée est considérable.

Pour la seule région de la fosse des Mariannes, quatre fois plus de sous-conduits d'eau que précédemment calculé. Ces caractéristiques peuvent être extrapolées pour prédire les conditions sous d'autres fosses océaniques dans le monde.

"Si d'autres vieux, les dalles froides de subduction contiennent des couches de manteau hydrique d'épaisseur similaire, alors les estimations du flux global d'eau dans le manteau à des profondeurs supérieures à 60 milles doivent être multipliées par un facteur d'environ trois, ", a déclaré Wien.

Et pour l'eau de la Terre, ce qui descend doit remonter. Le niveau de la mer est resté relativement stable au cours du temps géologique, variant de moins de 1, 000 ft. Cela signifie que toute l'eau qui descend dans la Terre dans les zones de subduction doit remonter d'une manière ou d'une autre, et ne s'entassent pas continuellement à l'intérieur de la Terre.

Les scientifiques pensent que la majeure partie de l'eau qui descend dans la tranchée revient de la Terre dans l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau lorsque des volcans entrent en éruption à des centaines de kilomètres. Mais avec les estimations révisées de l'eau de la nouvelle étude, la quantité d'eau entrant dans la terre semble dépasser largement la quantité d'eau sortant.

"Les estimations de l'eau revenant à travers l'arc volcanique sont probablement très incertaines, " dit Wiens, qui espère que cette étude encouragera d'autres chercheurs à reconsidérer leurs modèles de retour de l'eau hors de la Terre. "Cette étude entraînera probablement une réévaluation."

Au-delà de la tranchée des Mariannes, Wiens et une équipe d'autres scientifiques ont récemment déployé un réseau sismique similaire au large de l'Alaska pour examiner comment l'eau est déplacée vers la Terre là-bas.

« La quantité d'eau varie-t-elle sensiblement d'une zone de subduction à l'autre, sur la base du type de failles que vous avez lorsque la plaque se plie ?", a demandé Wiens. « Il y a eu des suggestions à ce sujet en Alaska et en Amérique centrale. Mais personne n'a encore examiné la structure plus profonde comme nous avons pu le faire dans la fosse des Mariannes."