Les géologues du Département de la Terre de l'Université d'État de Floride, La science océanique et atmosphérique a découvert comment la roche en fusion riche en carbone dans le manteau supérieur de la Terre pourrait affecter le mouvement des ondes sismiques.

La nouvelle recherche a été co-écrite par le professeur agrégé de géologie de l'EOAS, Mainak Mookherjee, et le chercheur postdoctoral Suraj Bajgain. Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Cette recherche est assez importante puisque le carbone est un constituant crucial pour l'habitabilité de la planète, et nous faisons des progrès pour comprendre comment la terre solide a pu jouer un rôle dans le stockage et l'influence de la disponibilité du carbone à la surface de la Terre, " a déclaré Mookherjee. " Nos recherches nous permettent de mieux comprendre l'élasticité, densité et compressibilité de ces roches et leur rôle dans le cycle du carbone de la Terre."

Carbone, l'un des principaux éléments constitutifs de la vie, est largement distribué dans le manteau supérieur de la Terre et est principalement stocké sous forme de minéraux carbonatés en tant que minéraux accessoires dans les roches du manteau. Lorsque du magma riche en carbonates éclate à la surface, il se distingue par son caractère unique, aspect boueux. Ces types d'éruptions se produisent à des endroits spécifiques à travers le monde, comme au volcan Ol Doinyo Lengai en Tanzanie.

Les experts pensent que la présence de carbonates dans les roches abaisse considérablement la température à laquelle elles fondent. Les carbonates qui coulent à l'intérieur de la Terre, via un processus appelé subduction, probablement provoquer cette fonte à faible degré des roches du manteau supérieur de la Terre, qui joue un rôle important dans le cycle profond du carbone de la planète.

"Le manteau terrestre a moins d'oxygène libre disponible à des profondeurs croissantes, " dit Mookherjee. " Alors que le manteau monte à travers un processus de convection du manteau, les roches se déplaçant lentement qui ont été réduites, ou avait moins d'oxygène, à une plus grande profondeur deviennent progressivement plus oxydés à une profondeur plus faible. Le carbone dans le manteau est susceptible d'être réduit plus profondément dans la Terre et de s'oxyder au fur et à mesure que le manteau monte."

Ce changement d'état d'oxydation dépendant de la profondeur est susceptible de provoquer la fonte des roches du manteau, un processus appelé fusion redox, qui pourrait produire de la roche en fusion riche en carbone, également connu sous le nom de fonte. Ces fontes sont susceptibles d'affecter les propriétés physiques d'une roche, qui peuvent être détectés à l'aide de sondes géophysiques telles que les ondes sismiques, il a dit.

Avant cette étude, les géologues connaissaient mal les propriétés élastiques de ces fusions partielles induites par les carbonates, ce qui les rendait difficiles à détecter directement.

Un ensemble d'indices que les géologues utilisent pour mieux comprendre leur science sont les mesures des ondes sismiques lorsqu'elles se déplacent à travers les couches de la Terre. Un type d'onde sismique connu sous le nom d'onde de compression est plus rapide qu'un autre type connu sous le nom d'onde de cisaillement, mais à des profondeurs d'environ 180 à 330 kilomètres dans la Terre, le rapport de leurs vitesses est encore plus élevé que ce qui est typique.

"Ce rapport élevé des ondes de compression aux ondes de cisaillement a été un casse-tête, et en utilisant les résultats de notre étude, nous sommes en mesure d'expliquer cette observation déroutante, " a déclaré Mookherjee.

Des quantités mineures de fontes riches en carbone, environ 0,05 %, pourrait être dispersé de façon omniprésente à travers le manteau supérieur profond de la Terre, et cela peut conduire à un rapport élevé entre la vitesse du son de compression et la vitesse du son de cisaillement, les chercheurs ont expliqué.

Pour mener l'étude, les chercheurs ont effectué des mesures par ultrasons à haute pression et des mesures de densité sur des carottes de la dolomie minérale carbonatée. Ces expériences ont été complétées par des simulations théoriques pour fournir une nouvelle compréhension des propriétés physiques fondamentales des carbonates fondus.

"Nous avons essayé de comprendre les propriétés élastiques et de transport des fluides aqueux, propriétés de fusion de silicate et de fusion métallique, pour mieux comprendre la masse de volatiles stockés dans la terre solide profonde, " a déclaré Bajgain.

Ces découvertes signifient que les roches partiellement fondues du manteau pourraient contenir jusqu'à 80 à 140 parties par million de carbone, ce qui représenterait 20 à 36 millions de gigatonnes de carbone dans la région profonde du manteau supérieur, ce qui en fait un réservoir de carbone substantiel. En comparaison, L'atmosphère terrestre contient un peu plus de 410 ppm de carbone, soit environ 870 gigatonnes.