Lorsqu'une plaque tectonique plonge sous une autre dans une zone de subduction, il recycle d'énormes quantités d'eau et d'autres produits chimiques dans le manteau terrestre. La plaque qui coule transporte de l'eau de mer piégée dans les sédiments et la croûte ou liée chimiquement à des minéraux comme la serpentine. La libération ultérieure de cette eau dans le manteau contribue aux processus géologiques clés, tels que les tremblements de terre et la formation de magma alimentant les volcans.

Par volume, la plus grande partie d'une plaque de subduction est sa couche inférieure, qui comprend le matériau du manteau supérieur. Les estimations de la quantité d'eau dans les plaques descendantes du manteau supérieur varient considérablement :certains suggèrent que dans le monde entier, les zones de subduction ont englouti plus de deux océans d'eau au cours des 540 derniers millions d'années. Cependant, une nouvelle recherche de Miller et al. suggère que le transport de l'eau dans la zone de subduction de la tranchée de l'Amérique centrale est d'un ordre de grandeur inférieur aux estimations précédentes.

Lorsqu'une plaque s'approche d'une zone de subduction, il se penche vers le bas, provoquant la formation de défauts. Des modèles et des observations antérieures ont suggéré que cette courbure et ces failles permettent à l'eau de mer de s'infiltrer dans le manteau supérieur, où il comble les fissures dans les zones de failles, réagit avec l'olivine pour produire de la serpentine, et est ensuite transporté plus profondément dans la zone de subduction.

Les estimations précédentes de la quantité d'eau atteignant le manteau supérieur le long des failles de flexion se sont appuyées sur des mesures de la vitesse des ondes sismiques lorsqu'elles traversent une plaque de subduction. Cependant, ces mesures et estimations n'ont pas permis de discerner si la couche supérieure du manteau est uniformément hydratée ou si l'eau est confinée dans des zones de failles courbées.

Pour remédier à cette limitation, la nouvelle étude a pris en compte l'anisotropie sismique caractérisant la façon dont la vitesse des ondes sismiques dépend de la direction dans laquelle elles se déplacent à travers un matériau. Les chercheurs ont utilisé les données recueillies par les sismomètres du fond marin pour mesurer l'anisotropie sismique le long de la tranchée de l'Amérique centrale près du Nicaragua, qui a permis une image beaucoup plus détaillée de l'hydratation du manteau supérieur.

Les données ont révélé que dans la région étudiée, le stockage de l'eau dans le manteau supérieur est limité aux zones de failles serpentinisées qui s'amincissent rapidement avec la profondeur, suggérant que la dynamique des failles et la cinétique de réaction de serpentinisation empêchent l'eau de mer d'hydrater le manteau entre les failles de flexion. Les nouvelles estimations du transport par eau qui intègrent ce résultat sont d'un ordre de grandeur inférieur aux estimations précédentes pour la fosse de l'Amérique centrale. Parce que les mêmes processus se produisent dans d'autres zones de subduction, les chercheurs rapportent que beaucoup moins d'eau peut être transportée dans le monde qu'on ne l'avait estimé auparavant.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation d'Eos, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.