Ancien, distinct, des régions rocheuses de la taille d'un continent, isolé depuis avant la collision qui a créé la Lune il y a 4,5 milliards d'années, existent à des centaines de kilomètres sous la croûte terrestre, offrant une fenêtre sur les éléments constitutifs de notre planète, selon de nouvelles recherches.

La nouvelle étude dans la revue AGU Géochimie, Géophysique, Géosystèmes utilisé des modèles pour retracer l'emplacement et l'origine des échantillons de roche volcanique trouvés dans le monde entier jusqu'à deux continents solides dans le manteau profond. La nouvelle recherche suggère que les régions rocheuses géantes spécifiques existent depuis 4,5 milliards d'années, depuis le commencement de la Terre.

Précédemment, les scientifiques ont émis l'hypothèse que les continents séparés dans le manteau profond provenaient de plaques océaniques subductées. Mais la nouvelle étude indique que ces régions distinctes peuvent avoir été formées à partir d'un ancien océan de magma qui s'est solidifié au début de la formation de la Terre et peuvent avoir survécu à l'impact massif de la création de la Lune.

Déterminer l'origine des masses révèle plus de détails sur leur évolution et leur composition, ainsi que des indices sur l'histoire de la Terre primordiale au début du système solaire, selon les auteurs de l'étude.

Il est étonnant que ces régions aient survécu à la majeure partie de l'histoire volcanique de la Terre relativement intactes, dit Curtis Williams, géologue à l'Université de Californie, Davis, à Davis, Californie et auteur principal de l'étude.

Regarder à l'intérieur

Le manteau est une couche de roche, étirement 2, 900 kilomètres (1, 802 miles) à l'intérieur de la Terre. La Terre est en fusion, liquide, noyau métallique se trouve sous le manteau. La limite noyau-manteau est l'endroit où le manteau solide rencontre le noyau liquide métallique.

Les scientifiques savaient, grâce à des études d'imagerie sismique antérieures, que deux corps rocheux individuels existaient près de la limite noyau-manteau. Un corps rocheux solide est sous l'Afrique et l'autre sous l'océan Pacifique.

Ondes sismiques, les vibrations produites par les tremblements de terre, se déplacent différemment à travers ces masses que le reste du manteau, suggérant qu'ils ont des propriétés physiques distinctes du manteau environnant. Mais les géologues n'ont pas pu déterminer si les ondes sismiques se déplaçaient différemment à travers les continents noyau-manteau en raison des différences de température, composition minérale ou densité, ou une combinaison de ces propriétés. Cela signifiait qu'ils ne pouvaient qu'émettre des hypothèses sur l'origine et l'histoire des masses rocheuses séparées.

"Nous avions toutes ces mesures géochimiques de la surface de la Terre, mais nous ne savions pas comment relier ces mesures géochimiques aux régions de l'intérieur de la Terre. Nous avions toutes ces images géophysiques de l'intérieur de la Terre, mais nous ne savions pas comment relier cela à la géochimie à la surface de la Terre, ", a déclaré Williams.

Matière primitive et panaches

Williams et ses collègues voulaient déterminer l'origine et l'évolution des masses distinctes pour en savoir plus sur la composition et le passé de la Terre. Pour faire ça, ils devaient être en mesure d'identifier des échantillons à la surface de la Terre avec des concentrations plus élevées de matériaux primitifs, puis de retracer ces échantillons jusqu'à leurs origines.

Les scientifiques prélèvent souvent des échantillons de roches dans des régions volcaniques comme Hawaï et l'Islande, où les panaches profonds du manteau, ou des colonnes de roche extrêmement chaude, s'élever des zones proches du noyau, fondre dans le manteau peu profond et émerger loin des lignes de faille tectoniques. Ces échantillons sont constitués de roche ignée créée à partir de lave en refroidissement. Les auteurs de l'étude ont utilisé une base de données d'échantillons existante et ont également collecté de nouveaux échantillons dans des zones volcaniques actives comme les îles Balleny en Antarctique.

Les géologues peuvent mesurer des isotopes spécifiques dans les roches ignées pour en savoir plus sur l'origine et l'évolution de la Terre. certains isotopes, comme l'hélium-3, sont primordiales, ce qui signifie qu'ils ont été créés pendant le Big Bang. Les roches plus proches de la croûte terrestre ont moins d'isotope que les roches plus profondes sous terre qui n'ont jamais été exposées à l'air. On pense que les échantillons contenant plus d'hélium-3 proviennent de roches plus primitives du manteau.

Les chercheurs ont découvert que certains des échantillons qu'ils ont étudiés contenaient plus d'hélium-3, indiquant qu'ils pourraient provenir de roches primitives profondément enfouies dans le manteau terrestre.

Les chercheurs ont ensuite utilisé un nouveau modèle pour retracer comment ces échantillons primitifs auraient pu atteindre la surface de la Terre depuis le manteau. Les modèles géologiques supposent que les panaches s'élèvent verticalement depuis les profondeurs du manteau jusqu'à la surface de la Terre. Mais les panaches peuvent dévier de leur trajectoire, dévié, pour diverses raisons. Le nouveau modèle a pris en compte cette déflexion du panache, permettant aux auteurs de l'étude de retracer les échantillons jusqu'aux deux masses géantes proches de la limite noyau-manteau.

La combinaison des informations isotopiques et du nouveau modèle a permis aux chercheurs de déterminer la composition des deux masses géantes et de théoriser comment elles ont pu se former.

Comprendre la composition de masses rocheuses spécifiques près de la limite noyau-manteau aide les géologues à conceptualiser les anciens processus de formation de la Terre qui ont conduit au manteau moderne, selon les auteurs de l'étude.

"C'est un cadre plus robuste pour essayer de répondre à ces questions en ne faisant pas ces hypothèses de matériau montant verticalement, mais plutôt pour prendre en compte la déflexion que ces panaches ont subie, ", a déclaré Williams.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.