Pour comprendre les ressources du futur proche, les géologues doivent comprendre les volcans d'un passé lointain. L'exploration d'anciennes chambres magmatiques dans des endroits tels que le Groenland a le potentiel de fournir de nouvelles sources de métaux rares qui sous-tendent les technologies vertes modernes.

De nombreux métaux rares, tels que le néodyme, niobium et dysprosium – indispensables à la production d'éoliennes et de voitures électriques, sont extraits de volcans fossiles.

Les volcans sont le moyen utilisé par la nature pour amener des matériaux des profondeurs de la terre jusqu'à la surface. Les processus de fusion au sein du manteau – la partie intérieure de la Terre entre le noyau surchauffé et la fine croûte externe – produisent du magma qui s'élève sur des centaines de kilomètres et finit par éclater à la surface sous forme de volcans.

La croûte terrestre est constituée de plaques tectoniques semi-rigides qui se déplacent et se heurtent pour former des montagnes ou s'enfoncent les unes sous les autres dans des régions appelées zones de subduction. Le volume de matière apporté à la surface de la Terre par les volcans est équilibré par des quantités similaires de matière qui retournent dans le manteau via des plaques tectoniques qui s'enfoncent.

Cela pointe vers ce que nous appelons « cycles d'éléments, " où le matériau des profondeurs remonte à la surface via les volcans, puis retourne à nouveau dans le manteau via la subduction. L'une des grandes questions en sciences de la Terre est ce qui arrive à ce matériau subducté et combien de temps il réside dans le manteau.

Volcans fossiles

Nos recherches récentes ont étudié un groupe d'anciens volcans dans le sud du Groenland. Il y a environ 1,3 milliard d'années, Le Groenland était un paysage volcanique avec de profondes vallées de faille, un peu comme l'Afrique de l'Est moderne. D'importants volcans sont entrés en éruption à la surface des terres et les principaux systèmes fluviaux similaires au Nil ont transporté les minéraux de ces volcans sur de vastes zones.

Les rivières et les volcans du Groenland sont maintenant érodés depuis longtemps, mais les sédiments que la rivière a transportés peuvent encore être trouvés, et les "systèmes de plomberie" volcaniques qui fonctionnaient sous ces anciens volcans ont conservé des échantillons des magmas qui ont éclaté.

Nous voulions comprendre comment le cycle des éléments est lié à la concentration de métaux critiques dans ces anciens volcans du Groenland. S'il est utile d'étudier les éléments précieux eux-mêmes, Parfois, nous pouvons en apprendre davantage sur les cycles des éléments de la Terre en étudiant d'autres éléments qui leur sont associés.

Soufre d'empreintes digitales

Dans notre étude nous avons utilisé l'élément soufre dont il existe quatre formes stables (appelées isotopes). Chacun a une masse légèrement différente. Ceci est important car les processus naturels peuvent séparer sélectivement les isotopes plus légers des isotopes plus lourds. Un peu comme grignoter un sac de M&M's où vous préférez les rouges et laissez derrière vous les M&Ms bruns, les processus géologiques conduisent à des variations dans les abondances relatives de chaque élément dans différents matériaux.

En mesurant la quantité d'isotope dans les roches, nous pouvons en apprendre davantage sur les processus qui les ont formés. les isotopes du soufre sont particulièrement utiles car les processus bio- et géochimiques à la surface de la Terre (à basse température) sont très efficaces pour modifier les signatures du soufre, alors que les processus magmatiques (à haute température) ne créent pas beaucoup de variation entre le soufre léger et lourd.

Ainsi, les variations des signatures de soufre dans les roches magmatiques nous permettent de tracer des traces de matériaux crustaux recyclés dans la source du manteau. En choisissant des volcans actifs à différentes époques géologiques, nous reconstruisons comment la composition du manteau et le cycle du soufre ont varié au cours de l'histoire de la Terre.

Les géologues savent depuis longtemps que la surface de la Terre a profondément changé au cours des 4,5 milliards d'années passées à mesure que la vie a émergé et est devenue progressivement plus complexe. L'empreinte croissante de la vie sur le cycle du soufre a radicalement changé le rapport isotopique du soufre des sédiments à la surface de la Terre, mais cette empreinte n'a pas été documentée auparavant dans les roches du manteau.

Nos travaux montrent pour la première fois que la signature du soufre du manteau terrestre a changé d'une manière qui correspond largement aux changements du soufre à la surface de la Terre. Les impacts biologiques et atmosphériques sur la signature du soufre à la surface semblent avoir été transférés jusqu'à l'intérieur de la Terre.

Cela signifie que la surface et le manteau de la Terre sont fortement connectés – l'un répondant aux changements de l'autre – bien que les échelles de temps de ce recyclage restent inconnues. Nos données montrent que le soufre qui était autrefois à la surface de la Terre est remonté dans le manteau par l'activité des plaques tectoniques, puis, il y a 1,3 milliard d'années, s'est retrouvé à la surface dans les volcans du Groenland. C'est comme géologique déjà vu .

Un cycle ou plusieurs ?

Combien de fois le soufre a-t-il été recyclé entre la croûte terrestre et le manteau au cours des temps géologiques ? Nous ne connaissons pas actuellement la réponse à cette question, mais nos recherches brossent un tableau de la Terre en tant que bande transporteuse d'éléments mondiaux avec du soufre en surface et un manteau étroitement liés.

L'étude a de nombreuses implications. Une question majeure en géologie est de savoir comment se forment les gisements de métaux rares, en particulier les métaux de haute technologie qui sont essentiels pour la révolution de l'énergie verte. L'histoire du soufre semble être cohérente avec nos travaux sur d'autres isotopes. Par exemple, one of the world's biggest deposits of the element tantalum (used in electronics and also concentrated in one of the ancient volcanoes in Greenland) has isotopic fingerprints that also hint at crustal recycling.

It may be that these global cycles have taken elements from surface to mantle and back again many times, effectively concentrating those elements each time. The global cycle that we have documented in sulfur may be an essential precursor to generate the metal deposits that are crucial to modern technologies. By understanding plate tectonics and magmatic processes that took place billions of years ago, we gain insights into how to identify and understand the mineral resources of the future.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.