La vue rapprochée d'un diamant ultra-profond met en évidence ses inclusions, vu ici comme des points noirs. Des inclusions comme celles-ci fournissent des preuves géochimiques qu'une plaque océanique en train de couler peut transporter de l'eau et d'autres fluides profondément dans le manteau. Crédit :Evan Smith/GIA
La cause des tremblements de terre les plus profonds de la Terre est un mystère pour la science depuis plus d'un siècle, mais une équipe de scientifiques de Carnegie a peut-être résolu l'affaire.
Nouvelle recherche publiée dans AGU Avances fournit la preuve que les fluides jouent un rôle clé dans les tremblements de terre à foyer profond, qui se produisent entre 300 et 700 kilomètres sous la surface de la planète. L'équipe de recherche comprend les scientifiques de Carnegie Steven Shirey, Lara Wagner, Peter van Keken, et Michael Walter, ainsi que Graham Pearson de l'Université de l'Alberta.
La plupart des tremblements de terre se produisent près de la surface de la Terre, jusqu'à environ 70 kilomètres. Ils se produisent lorsque la contrainte s'accumule au niveau d'une fracture entre deux blocs de roche - connue sous le nom de faille - les faisant glisser soudainement l'un sur l'autre.
Cependant, plus profondément dans la Terre, les pressions intenses créent trop de friction pour permettre à ce type de glissement de se produire et les températures élevées améliorent la capacité des roches à se déformer pour s'adapter aux contraintes changeantes. Bien que théoriquement inattendu, les scientifiques ont pu identifier des tremblements de terre qui se produisent à plus de 300 kilomètres sous la surface depuis les années 1920.
"Le gros problème auquel les sismologues ont été confrontés est de savoir comment il est possible que nous ayons ces tremblements de terre à foyer profond, " dit Wagner. " Une fois quelques dizaines de kilomètres plus bas, il devient incroyablement difficile d'expliquer comment nous glissons sur une faute alors que la friction est si incroyablement élevée."
Les travaux en cours au cours des dernières décennies nous ont montré que l'eau joue un rôle dans les séismes de profondeur intermédiaire, ceux qui se produisent entre 70 et 300 kilomètres sous la surface de la Terre. Dans ces cas, l'eau est libérée des minéraux, ce qui fragilise la roche autour de la faille et permet aux blocs de roche de glisser. Cependant, les scientifiques ne pensaient pas que ce phénomène pouvait expliquer les tremblements de terre à foyer profond, en grande partie parce que l'on croyait que l'eau et d'autres composés créateurs de fluides ne pouvaient pas descendre assez loin à l'intérieur de la Terre pour produire un effet similaire.
Cette pensée a changé pour la première fois lorsque Shirey et Wagner ont comparé les profondeurs de diamants rares de la Terre profonde aux mystérieux tremblements de terre à foyer profond.
Crédit :Steven Shirey, Peter van Keken, Lara Wagner, et Michael Walter/Institution Carnegie pour la science.
« Les diamants se forment dans les fluides », a expliqué Shirey, " s'il y a des diamants, les fluides sont là.
Les diamants eux-mêmes indiquaient la présence de fluides, cependant, ils ont également ramené des échantillons de la Terre profonde à la surface pour que les scientifiques les étudient. Lorsque les diamants se forment à l'intérieur de la Terre, ils capturent parfois des morceaux de minéraux de la roche environnante. Ces minéraux sont appelés inclusions et peuvent rendre vos bijoux moins chers, mais ils sont inestimables pour les scientifiques de la Terre. Ils sont l'un des seuls moyens par lesquels les scientifiques peuvent étudier des échantillons directs de l'intérieur profond de notre planète.
Les inclusions du diamant avaient la signature chimique distincte de matériaux similaires trouvés dans la croûte océanique. Cela signifie que l'eau et les autres matériaux n'ont pas été créés d'une manière ou d'une autre au plus profond de la Terre. Au lieu, ils ont été transportés dans le cadre d'une plaque océanique en train de couler.
Wagner a déclaré:"La communauté sismologique s'était éloignée de l'idée qu'il pouvait y avoir de l'eau aussi profonde. Mais des pétrologues diamantaires comme Steve nous montraient des échantillons et disaient" Non, non, non. Il y a définitivement de l'eau ici'. Alors, nous avons tous dû nous réunir pour comprendre comment cela s'était passé là-bas."
Pour tester l'idée, Wagner et van Keken ont construit des modèles informatiques avancés pour simuler les températures des dalles en train de couler à des profondeurs beaucoup plus grandes que celles qui avaient été tentées auparavant. En plus de la modélisation, Walter a examiné les stabilités des minéraux aquifères pour montrer que sous la chaleur et les pressions intenses de l'intérieur profond de la Terre, ils voudraient, En effet, être capable de retenir l'eau dans certaines conditions. L'équipe a montré que même si les assiettes plus chaudes ne retenaient pas l'eau, les minéraux des plaques océaniques plus froides pourraient théoriquement transporter de l'eau jusqu'aux profondeurs que nous associons aux tremblements de terre à foyer profond.
Pour consolider l'étude, l'équipe a comparé les simulations à des données sismologiques réelles. Ils ont pu montrer que les dalles qui pouvaient théoriquement transporter de l'eau à ces profondeurs étaient aussi celles qui subissaient les tremblements de terre profonds auparavant inexpliqués.
Cette étude est inhabituelle dans l'application de quatre disciplines différentes - la géochimie, sismologie, géodynamique, et pétrologie — à la même question, ce qui pointent tous vers la même conclusion :l'eau et d'autres fluides sont un élément clé des tremblements de terre à foyer profond.
"La nature des séismes profonds est l'une des grandes questions en géosciences, " a déclaré Shirey. "Nous avions besoin que ces quatre disciplines différentes se réunissent pour faire valoir cet argument. Il s'est avéré que nous les avions tous en interne chez Carnegie."
