Des chercheurs de l'Université d'Ehime ont récemment mesuré la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans un minéral hydraté riche en aluminium appelé Al-phase D dans des conditions de pression pertinentes pour le manteau profond de la Terre. Leurs résultats suggèrent que les anomalies de cisaillement sismique observées localement sous les zones de subduction peuvent révéler la présence de minéraux hydratés dans le manteau inférieur supérieur, ce qui aurait des implications importantes pour l'intérieur de la Terre car l'hydrogène affecte considérablement les propriétés physiques et chimiques des minéraux du manteau.

Depuis la découverte d'un spécimen de ringwoodite aquifère piégé dans un diamant très profond du Brésil par Pearson et al. en 2014 (publié dans La nature ), il y a un regain d'intérêt pour trouver et caractériser les minéraux porteurs et hôtes potentiels de l'eau dans les profondeurs de l'intérieur de la Terre. Parmi les minéraux candidats, Les silicates de magnésium hydratés denses (DHMS) sont considérés comme les principaux porteurs d'eau de la lithosphère peu profonde à la zone de transition du manteau profond (MTZ ; 410-660 km de profondeur), mais en raison de leur relative instabilité vis-à-vis de la pression (P) et de la température (T), Les DHMS étaient généralement associés à la présence d'eau jusqu'à la partie médiane de la MTZ.

Une étude expérimentale également publiée en 2014 dans la revue Géosciences de la nature cependant montré que lorsque l'aluminium incorpore des DHMS, leur stabilité contre P et T est considérablement améliorée, permettant à ces minéraux de transporter et d'héberger de l'eau jusqu'à des profondeurs de 1200 km dans le manteau inférieur (Pamato et al., 2014). Leurs expériences ont en effet montré que le minéral DHMS alumineux appelé phase D Al est susceptible de se former dans les conditions P et T du manteau inférieur le plus élevé, de la recristallisation de la fonte hydratée à la limite du manteau et de la plaque subductée. Bien que cette réaction ait été justifiée par des expériences de laboratoire, il n'y avait pas de mesure directe des vitesses du son de la phase Al D et il était donc difficile d'associer la présence de roches hydratées riches en Al aux observations sismiques au fond de la MTZ et dans le manteau inférieur le plus élevé.

Les chercheurs d'Ehime ont réussi à mesurer le longitudinal (V P ) et cisaillement (V S ) vitesses, ainsi que la densité de la phase Al D, jusqu'à 22 GPa et 1300 K au moyen de techniques de rayonnement X synchrotron combinées à des mesures ultrasonores in situ à P et et T élevés, dans l'appareil multi-enclumes situé à la ligne de lumière BL04B1 au SPring-8 (Hyogo, Japon). Les résultats de leurs expériences ont permis de comprendre clairement les vitesses du son de l'Al-phase D dans une large gamme P et T, permettant de modéliser les vitesses sismiques des roches hydratées dans les parties interne et externe de la dalle subductée (Image 1). A partir de ces modèles, ils ont montré que la présence d'une couche hydrique riche en Al comprenant la phase Al D, dans le manteau inférieur supérieur, serait associé à un V négatif S perturbations (-1,5%) tandis que le V correspondant P les variations (-0,5 %) resteraient inférieures à la limite de détection des techniques sismologiques. Ces nouvelles données devraient grandement contribuer à retracer l'existence et le recyclage de l'ancienne croûte lithosphérique subductée et à terme la présence d'eau dans le manteau inférieur de la Terre.