Comprendre le cycle global du carbone fournit aux scientifiques des indices essentiels sur l'habitabilité de la planète.

C'est la raison pour laquelle la Terre a un climat clément stable et une atmosphère faible en dioxyde de carbone par rapport à celle de Vénus, par exemple, qui est dans un état de serre incontrôlable avec des températures de surface élevées et une atmosphère épaisse de dioxyde de carbone.

Une différence majeure entre la Terre et Vénus est l'existence d'une tectonique des plaques active sur Terre, qui rendent notre environnement unique au sein de notre système solaire.

Mais l'ambiance, océans, et la croûte terrestre ne sont qu'une partie de l'histoire. Le manteau, qui représente 75 % du volume de la Terre, détient potentiellement plus de carbone que tous les autres réservoirs réunis.

Le carbone - l'un des éléments constitutifs essentiels de la vie organique - est introduit à l'intérieur de la Terre par subduction, où il abaisse drastiquement le point de fusion du manteau solide, formation de fontes carbonatées (roches fondues riches en carbone) dans le manteau peu profond, alimentant les volcans de surface. Les minéraux carbonatés peuvent également être transportés beaucoup plus profondément dans la Terre, atteindre le manteau inférieur, mais ce qui se passe ensuite est incertain.

Répondre à cette question est semé d'embûches :les conditions au plus profond de la Terre sont extrêmes et les échantillons du manteau sont rares. La solution consiste à recréer ces conditions en laboratoire à l'aide d'une technologie sophistiquée.

C'est exactement ce qu'a fait une équipe de géoscientifiques expérimentaux de l'Université de Bristol. leurs résultats, publié en libre accès dans Lettres des sciences de la Terre et des planètes , découvrez de nouveaux indices sur ce qui arrive aux minéraux carbonatés lorsqu'ils sont transportés dans le manteau via la subduction de la croûte océanique (où l'une des plaques tectoniques de la Terre glisse sous une autre).

Leurs découvertes ont découvert une barrière à la subduction du carbonate au-delà des profondeurs d'environ 1, 000km, où il réagit avec la silice dans la croûte océanique pour former des diamants qui sont stockés dans les profondeurs de la Terre sur des échelles de temps géologiques.

Le Dr James Drewitt de l'École des sciences de la Terre explique :« Les minéraux carbonatés restent-ils stables à travers le manteau inférieur de la Terre ? et sinon, Quels changements de pression/température faut-il pour déclencher des réactions entre les minéraux et à quoi ressemblent-ils ? Ce sont les questions auxquelles nous voulions trouver les réponses - et la seule façon d'obtenir ces réponses était de reproduire les conditions de l'intérieur de la Terre."

Le Dr Drewitt et son équipe ont soumis des roches carbonatées synthétiques à des pressions et des températures très élevées comparables aux conditions de la Terre profonde allant jusqu'à 90 GPa (environ 900, 000 atmosphères) et 2000 degrés C à l'aide d'une cellule à enclume de diamant chauffée au laser. Ils ont constaté que le carbonate reste stable jusqu'à des profondeurs de 1, 000-1, 300km, presque à mi-chemin du noyau.

Dans ces conditions, le carbonate réagit alors avec la silice environnante pour former un minéral appelé bridgmanite, qui forme la majeure partie du manteau terrestre. Le carbone libéré par cette réaction est sous forme de dioxyde de carbone solide. Au fur et à mesure que le manteau chaud environnant chauffe la dalle subductée, ce dioxyde de carbone solide se décompose pour former des diamants très profonds.

Le Dr Drewitt ajoute :« Finalement, les diamants très profonds pourraient être ramenés à la surface dans des panaches de manteau ascendant, et ce processus pourrait représenter l'une des sources de diamants très profonds que nous trouvons à la surface et qui fournissent la seule preuve directe que nous ayons de la composition de la terre profonde.

"C'est excitant parce que les humains les plus profonds ont jamais pu forer est d'environ 12 km, moins de la moitié de la profondeur de la croûte terrestre. Cela n'est rien en comparaison de l'échelle massive du manteau terrestre, qui s'étend à près de 3, 000 km de profondeur."

L'équipe a utilisé une cellule à enclume de diamant pour générer des pressions équivalentes à celles trouvées à ces profondeurs, chargement d'échantillons au microscope dans une chambre de pression forée dans un joint métallique qui est ensuite comprimé entre la qualité de la gemme, enclumes de diamant taillé en brillant. La structure cristalline de ces échantillons a ensuite été analysée par diffraction des rayons X à l'installation de synchrotron britannique dans l'Oxfordshire.

Le Dr Drewitt prévoit maintenant d'appliquer ces expériences à haute pression et haute température ainsi que des techniques avancées de simulation informatique à d'autres minéraux et matériaux, ajoutant :« Outre le carbone, il y a potentiellement plusieurs océans d'eau transportés profondément dans le manteau, et lorsqu'il est libéré, cela provoquera la fonte du manteau supérieur et inférieur de la Terre.

"Toutefois, nous ne pouvons pas tester ou comprendre adéquatement les modèles actuels du comportement dynamique de cette roche en fusion riche en eau car nous ne connaissons pas leur composition ou leurs propriétés physiques. Les expériences dans des conditions extrêmes et les simulations informatiques avancées sur lesquelles nous travaillons actuellement aideront à résoudre ces problèmes. »