Représentation d'artiste de la Terre, découper pour révéler des couches individuelles, y compris le manteau profond. Crédit :Mingming Li/ASU
Profondément sous la surface de la Terre se trouve une épaisse couche rocheuse appelée le manteau, qui constitue la majorité du volume de notre planète. Alors que le manteau terrestre est trop profond pour que les humains puissent l'observer directement, certaines météorites peuvent fournir des indices sur cette couche inaccessible.
Dans une étude publiée récemment dans Avancées scientifiques , une équipe internationale de scientifiques, dont Sang-Heon Dan Shim et Thomas Sharp de l'Arizona State University (ASU), ont effectué une analyse complexe d'une « météorite choquée » (une météorite ayant subi des conditions de haute pression et de température élevée lors d'événements d'impact) et ont obtenu de nouvelles informations sur le manteau inférieur de la Terre.
Suizhou :une météorite choquée
Les météorites choquées ont fourni de nombreux exemples de minéraux du manteau profond depuis 1969, date à laquelle le minéral à haute pression Ringwoodite a été découvert.
Pour cette étude, auteur principal Luca Bindi de l'Université de Florence (Italie), Shim et Sharp de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU et Xiande Xie de l'Institut de géochimie de Guangzhou (Chine), ont concentré leurs efforts sur un échantillon d'une météorite choquée appelée Suizhou.
"Suizhou était une météorite idéale pour notre équipe à analyser, " explique Shim, qui se spécialise dans l'utilisation d'expériences à haute pression pour étudier le manteau terrestre. "Cela a fourni à notre équipe des échantillons de minéraux naturels à haute pression comme ceux que l'on pense constituer le manteau profond de la Terre."
Suizhou est tombé en 1986 dans la province du Hubei en Chine. Immédiatement après la chute de cette météorite, un groupe de scientifiques a pu trouver et collecter des échantillons. "C'était une chute observée, " explique Sharp, qui se spécialise dans l'étude des météorites choquées pour comprendre le choc et l'impact dans le système solaire. "Il n'a donc subi aucune altération chimique sur Terre et donc il n'y a pas d'altération du fer.
Un fragment de la météorite Suizhou analysé pour cette étude, indiquant les veines de choc dans lesquelles l'équipe a découvert de la bridgmanite avec des nanoparticules de fer métallique. Crédit :Xiande Xie/Institut de géochimie de Guangzhou (Chine)
Bridgmanite :Le matériau dominant dans le manteau inférieur
L'échantillon de météorite de Suizhou que les chercheurs ont utilisé pour cette étude contient un silicate spécifique appelé « bridgmanite ». Ce silicate est considéré comme le matériau dominant dans le manteau inférieur de la Terre et représente environ 38 % en volume de notre planète. Il a été découvert pour la première fois dans la météorite choquée Tenham en 2014.
Alors qu'on pensait auparavant que le fer métal existait principalement dans le noyau de la Terre, Il y a environ 15 ans, des scientifiques ont découvert en laboratoire que le fer contenu dans la bridgmanite peut subir une auto-oxydation à partir de laquelle il peut produire du fer métallique.
Ce processus, une réaction chimique appelée "dismutation de charge, " est l'endroit où les atomes redistribuent les électrons entre eux et produisent deux ou trois formes de cations avec des états d'oxydation différents (dans ce cas, certains ions Fe(II) dans la bridgmanite se convertissent en Fe(III) et Fe(0), ce dernier forme du fer métallique).
La question restait, cependant, si ce processus pouvait réellement se produire dans la nature.
En utilisant l'imagerie et la spectroscopie au microscope électronique à haute résolution, les chercheurs ont pu mener une série d'analyses complexes de l'échantillon de météorite de Suizhou à l'échelle nanométrique.
Image au microscope de bridgmanite trouvée dans l'échantillon de météorite de Suizhou. Crédit :Luca Bindi/Université de Florence
A travers ces analyses, l'équipe de recherche a découvert des nanoparticules de fer métallique coexistant avec de la bridgmanite dans l'échantillon de météorite choqué, représentant la première preuve directe dans la nature de la réaction de dismutation du fer, qui jusqu'à présent n'avait été observé que dans des expériences à haute pression.
"Cette découverte démontre que la disproportion de charge peut se produire dans des environnements naturels à haute pression et donc dans l'intérieur profond de la Terre, " dit Shim.
Les implications de cette étude, cependant, aller au-delà de cette simple découverte, et peut finalement nous aider à comprendre la plus grande question de savoir comment la Terre elle-même a été oxydée.
Alors que nous savons que le manteau supérieur de la Terre est plus oxydant que les autres planètes et que les conditions plus oxydantes du manteau supérieur peuvent être liées à l'augmentation soudaine de l'oxygène dans l'atmosphère il y a 2,5 milliards d'années, nous ne savons pas encore comment le manteau supérieur de la Terre est devenu plus oxydant.
"Il est possible que lorsque les matériaux du manteau inférieur sont transportés vers le manteau supérieur par convection, il y aurait une perte de fer métallique et le fer oxydé dans la bridgmanite provoquerait des conditions plus oxydantes dans le manteau supérieur, " dit Shim.
"Notre découverte fournit une explication possible des conditions plus oxydantes du manteau supérieur de la Terre et soutient l'idée que des processus intérieurs profonds peuvent avoir contribué au grand événement d'oxygénation à la surface."
