Ce dessin animé montre une plaque océanique en subduction se déplaçant comme une bande transporteuse de la surface jusqu'au manteau inférieur. Les flèches blanches montrent la voie de recyclage peu profonde relativement bien établie dans la couche supérieure de la plaque (croûte et sédiments), qui alimente les volcans en arc. Les nouvelles découvertes de l'équipe de recherche issues de l'étude des diamants révèlent une voie de recyclage plus profonde, représenté en bleu clair. L'eau s'infiltrant dans les fractures du fond marin hydrate les roches à l'intérieur de la plaque, formant "serpentinite", et ces roches hydratées peuvent parfois être transportées jusqu'au sommet du manteau inférieur. Il s'agit d'une voie majeure qui transfère l'eau, carbone, et d'autres éléments superficiels profondément dans le manteau. Crédit :Wenjia Fan, W. Studio de conception
Les diamants qui se sont formés profondément dans le manteau terrestre contiennent des preuves de réactions chimiques qui se sont produites sur le fond marin. Sonder ces gemmes peut aider les géoscientifiques à comprendre comment la matière est échangée entre la surface de la planète et ses profondeurs.
Nouvel ouvrage publié dans Avancées scientifiques confirme que la serpentinite, une roche qui se forme à partir de péridotite, le principal type de roche du manteau terrestre, lorsque l'eau pénètre dans les fissures du fond océanique, peut transporter l'eau de surface jusqu'à 700 kilomètres de profondeur par des processus de tectonique des plaques.
"Presque toutes les plaques tectoniques qui composent le fond marin finissent par se plier et glisser vers le manteau - un processus appelé subduction, qui a le potentiel de recycler les matériaux de surface, comme l'eau, dans la Terre, " a expliqué Peng Ni de Carnegie, qui a codirigé l'effort de recherche avec Evan Smith du Gemological Institute of America.
La serpentinite résidant à l'intérieur des plaques de subduction peut être l'une des plus importantes, encore mal connu, voies géochimiques par lesquelles les matériaux de surface sont capturés et transportés dans les profondeurs de la Terre. La présence de serpentinites profondément enfouies était auparavant suspectée - en raison des recherches de Carnegie et du GIA sur l'origine des diamants bleus et de la composition chimique du matériau du manteau en éruption qui constitue les dorsales médio-océaniques, monts sous-marins, et les îles océaniques. Mais les preuves démontrant cette voie n'avaient pas été entièrement confirmées jusqu'à présent.
Une illustration montrant comment les diamants peuvent offrir aux chercheurs un aperçu des processus qui se produisent à l'intérieur de notre planète, y compris le recyclage en profondeur des matériaux de surface. Crédit :Illustration de Katherine Cain, avec l'aimable autorisation de la Carnegie Institution for Science.
L'équipe de recherche, qui comprenait également Steven Shirey de Carnegie, et Anat Shahar, ainsi que Wuyi Wang du GIA et Stephen Richardson de l'Université du Cap ont trouvé des preuves physiques pour confirmer ce soupçon en étudiant un type de gros diamants qui proviennent des profondeurs de la planète.
"Certains des diamants les plus célèbres au monde entrent dans cette catégorie spéciale de diamants gemmes relativement gros et purs, comme le célèbre Cullinan, " Smith a déclaré. "Ils se forment entre 360 et 750 kilomètres plus bas, au moins aussi profond que la zone de transition entre le manteau supérieur et le manteau inférieur."
Parfois, ils contiennent des inclusions de minuscules minéraux piégés lors de la cristallisation du diamant qui donnent un aperçu de ce qui se passe à ces profondeurs extrêmes.
"L'étude de petits échantillons de minéraux formés lors de la cristallisation profonde du diamant peut nous en apprendre beaucoup sur la composition et la dynamique du manteau, parce que le diamant protège les minéraux des changements supplémentaires sur leur chemin vers la surface, " expliqua Shirey.
Exemples de diamants bruts CLIPPIR de la mine de Letseng, Lesotho. Ce sont les mêmes types de diamants que ceux analysés dans cette étude. La plus grosse pierre est de 91,07 carats. Crédit :Photo de Robert Weldon; © GIA; avec l'aimable autorisation de Gem Diamonds Ltd.
Dans ce cas, les chercheurs ont pu analyser la composition isotopique du fer dans les inclusions métalliques. Comme d'autres éléments, le fer peut avoir différents nombres de neutrons dans son noyau, qui donne naissance à des atomes de fer de masse légèrement différente, ou différents "isotopes" du fer. La mesure des ratios d'isotopes de fer « lourds » et « légers » donne aux scientifiques une sorte d'empreinte digitale du fer.
Les inclusions de diamant étudiées par l'équipe présentaient un rapport d'isotopes de fer lourds à légers plus élevé que celui que l'on trouve généralement dans la plupart des minéraux du manteau. Cela indique qu'ils ne proviennent probablement pas de processus géochimiques des profondeurs de la Terre. Au lieu, il indique la magnétite et d'autres minéraux riches en fer formés lorsque la péridotite de la plaque océanique s'est transformée en serpentinite sur le fond marin. Cette roche hydratée a finalement été subductée sur des centaines de kilomètres dans la zone de transition du manteau, où ces diamants particuliers se sont cristallisés.
"Nos résultats confirment une voie longtemps suspectée pour le recyclage en profondeur, nous permettant de retracer comment les minéraux de la surface sont attirés dans le manteau et créent une variabilité dans sa composition, " a conclu Shahar.
