Éléments volatils dans le magma, principalement de l'eau, provoquer des éruptions volcaniques explosives. La partie délicate consiste à déterminer la quantité de contenu volatile présent avant l'éruption. Ceci est particulièrement difficile lorsque la seule preuve que les scientifiques doivent continuer est le produit final après que tous les volatils aient été perdus.

Une nouvelle recherche de l'Université de Washington à St. Louis fournit des preuves convaincantes que les magmas peuvent être plus humides qu'on ne le pensait. L'oeuvre, dirigé par des géochimistes expérimentaux dont Michael J. Krawczynski, professeur assistant de sciences de la terre et des planètes en Arts &Sciences, est publié dans le numéro du 2 juillet de la revue Minéralogiste américain .

La méthode la plus courante pour déterminer la teneur en matières volatiles nécessite l'étude des inclusions fondues, de petits morceaux de magma piégés dans des cristaux ont éclaté dans la lave. Les scientifiques étudient ces inclusions vitreuses pour déterminer la quantité d'hydrogène présente, qui, par rétrocalcul, peut indiquer la quantité d'eau dissoute dans le magma de la croûte terrestre avant l'éruption d'un volcan. Cette méthode est généralement acceptée comme une limite inférieure précise sur le contenu volatil, compte de l'eau qui aurait pu être perdue pendant l'explosion elle-même.

Krawczynski et Maxim Gavrilenko, un ancien boursier postdoctoral dans le laboratoire de Krawczynski qui est maintenant à l'Université du Nevada, Réno, voulait plutôt regarder la limite supérieure, quelque chose qui n'avait pas été étudié expérimentalement.

"Ce que les gens n'ont jamais regardé auparavant et ce que nous essayons de mesurer maintenant, c'est, quelle est la taille de ce seau?" Krawczynski a déclaré. "Vous pouvez imaginer s'il pleuvait beaucoup, et ton pluviomètre était plein, alors vous ne savez pas vraiment combien il a plu. Il aurait pu pleuvoir plus ! Nous ne pouvons tout simplement pas le dire."

Il en est de même pour les inclusions fondues. Si une inclusion fondue ne peut pas contenir toute l'eau, alors les scientifiques n'ont pas la bonne lecture de la limite supérieure de la teneur en eau dans le magma. Le seau est trop petit.

Créer du magma en laboratoire

Gavrilenko et Krawczynski ont créé des inclusions synthétiques de fonte en laboratoire pour déterminer la quantité d'eau qu'une fonte pourrait éventuellement contenir. Pour faire ça, les chercheurs ont reproduit les conditions de température et de pression qui existent à 40 kilomètres sous la surface de la Terre. Prochain, ils ont fondu et trempé (refroidi rapidement) l'échantillon, puis déterminé si leur expérience avait créé un verre. Ils ont continué le processus, ajouter de plus en plus d'eau à l'échantillon jusqu'à ce que l'échantillon ne puisse plus être trempé pour former un verre.

"Nous avons découvert que si vous avez beaucoup d'eau, puis finalement tu n'as pas de verre, " a déclaré Gavrilenko. Ces inclusions dévitrifiées (non vitreuses) de fonte existent dans la nature, mais ne sont préférentiellement pas étudiés pour les volatiles, ce qui a conduit à un biais d'échantillonnage dans ce domaine de recherche.

Ce biais est particulièrement problématique pour les scientifiques qui tentent de comprendre combien d'eau est recyclée à la surface dans les zones de subduction, qui sont les plus riches en eau par rapport à d'autres milieux tectoniques. "Si les magmas profonds de ces zones contiennent plus de 9 % en poids d'eau, alors ils ne seront pas correctement mesurés par la méthode de référence actuelle, " a déclaré Gavrilenko. "Il est nécessaire de trouver une nouvelle méthode pour mesurer. Nous avons besoin d'un nouveau, plus grand seau."

Implications mondiales sur le cycle de l'eau

Ces résultats concordent avec les travaux récents de Douglas A. Wiens, le professeur distingué Robert S. Brookings en sciences de la terre et des planètes. Dans un article publié dans la revue La nature l'automne dernier, Wiens a conclu que jusqu'à quatre fois plus d'eau pourrait s'infiltrer dans le manteau terrestre que les scientifiques ne le pensaient. Les travaux de Gavrilenko et Krawczynski montrent comment le cycle de l'eau entrant et sortant de la croûte pourrait être rééquilibré à la suite de telles découvertes.

"Si plus descend (dans le manteau), il en faut plus pour revenir dans la croûte terrestre, " Krawczynski a déclaré. "C'est ce que nous cherchons ici. On a compris que c'est un cycle qu'il faut équilibrer, mais nous n'avons pas bien compris la taille des différents réservoirs."