Dans d'innombrables manuels de sciences du primaire, le manteau terrestre est un dégradé de jaune à orange, une couche définie de façon nébuleuse entre la croûte et le noyau.

Aux géologues, le manteau est tellement plus que cela. C'est une région qui vit quelque part entre le froid de la croûte et la chaleur vive du noyau. C'est là que le fond de l'océan est né et où les plaques tectoniques meurent.

Un nouvel article publié aujourd'hui dans Géosciences de la nature brosse un tableau encore plus complexe du manteau en tant que mosaïque géochimiquement diversifiée, bien différent des laves relativement uniformes qui finissent par atteindre la surface. Plus important encore, une copie de cette mosaïque est cachée profondément dans la croûte. L'étude est dirigée par Sarah Lambart, professeur adjoint de géologie à l'Université de l'Utah, et est financé par le programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne et la National Science Foundation.

"Si vous regardez une peinture de Jackson Pollock, vous avez beaucoup de couleurs différentes, " Lambart dit. "Ces couleurs représentent différents composants du manteau et les lignes sont des magmas produits par ces composants et transportés à la surface. Tu regardes la ligne jaune, ça ne va pas beaucoup se mélanger avec le rouge ou le noir."

Minéraux primitifs

Notre meilleur accès au manteau se présente sous la forme de lave qui éclate au niveau des dorsales médio-océaniques. Ces dorsales se situent au milieu du plancher océanique et génèrent une nouvelle croûte océanique. Des échantillons de cette lave montrent qu'elle est chimiquement pratiquement la même partout sur la planète.

Mais cela est en contradiction avec ce qui se passe à l'autre extrémité du cycle de vie de la croûte. L'ancienne croûte océanique s'éloigne des dorsales médio-océaniques jusqu'à ce qu'elle soit poussée sous un continent et retombe dans le manteau. Ce qui se passe après cela n'est pas clair, mais si le manteau et la vieille croûte fondent, il devrait y avoir une certaine variation dans la composition chimique des magmas.

Ainsi Lambart et ses collègues du Pays de Galles et des Pays-Bas, a cherché à découvrir à quoi ressemble le manteau avant qu'il ne s'élève sous forme de lave sur une dorsale médio-océanique. Ils ont examiné les carottes, percé à travers la croûte océanique, regarder les minéraux cumulés :les premiers minéraux à cristalliser lorsque les magmas pénètrent dans la croûte.

"Nous avons examiné la partie la plus primitive de ces minéraux, " Lambart dit, ajoutant qu'une fois qu'ils ont localisé les minéraux primitifs, ils n'ont analysé que la composition chimique de ces tout premiers minéraux à se former. "Si vous ne regardez pas réellement la partie la plus primitive, vous risquez de perdre le signal de cette première fonte qui a été livrée à la croûte. C'est l'originalité de notre travail."

Ils ont analysé les échantillons centimètre par centimètre pour observer les variations des isotopes du néodyme et du strontium, ce qui peut indiquer différentes chimies du matériau du manteau provenant de différents types de roche. "Si vous avez une variabilité isotopique dans vos cumuls, cela signifie que vous devez également avoir une variabilité isotopique dans le manteau, " dit Lambart.

Lorsque le mixeur s'allume

C'est exactement ce que l'équipe a trouvé. La quantité de variabilité isotopique dans les cumulats était sept fois supérieure à celle des laves de la dorsale médio-océanique. Cela signifie que le manteau est loin d'être bien mélangé et que cette variabilité est conservée dans les cumulats.

La raison probable, Lambart dit, est que différentes roches fondent à différentes températures. La première pierre à fondre, par exemple la vieille croûte, peut créer des canaux qui peuvent transporter le magma jusqu'à la croûte. La fonte d'un autre type de roche peut faire la même chose. Le résultat final est plusieurs réseaux de canaux qui convergent vers la dorsale médio-océanique mais ne se mélangent pas, rappelant les traînées de peinture sur une peinture de Jackson Pollock.

Pour comprendre ce que cette découverte signifie pour la géologie, imaginez un smoothie. Non, remontez plus loin que cela et imaginez la carafe mélangeuse pleine de fruits, la glace, lait et autres ingrédients. C'est comme le manteau :des ingrédients discrets, aussi différents les uns des autres qu'une fraise l'est d'une myrtille. Le smoothie entièrement mélangé est comme la lave de la crête médio-océanique. C'est complètement mélangé. À un certain point entre le manteau profond et la dorsale médio-océanique, La Terre allume le mixeur. Lambart dit que ses résultats montrent qu'au sommet du manteau, le mélange n'a pas encore eu lieu. Le mixeur, il s'avère, ne s'allume que quelque part dans la croûte.

Le travail de Lambart l'aide, ainsi qu'à d'autres géologues, à redéfinir leur idée de la façon dont les matériaux remontent à travers le manteau jusqu'à la surface.

"Le problème est que nous devons trouver un moyen de modéliser la terre géodynamique, dont la tectonique des plaques, reproduire réellement ce qui est enregistré dans la roche aujourd'hui, " dit-elle. " Jusqu'à présent, ce lien est manquant. "

Aujourd'hui, Lambart met en place un nouveau laboratoire de pétrologie expérimentale pour étudier les conditions dans lesquelles les magmas conservent leurs compositions chimiques au cours de leur voyage à travers le manteau et la croûte.