Si les océans de la Terre étaient complètement vidés, ils révéleraient une chaîne massive de volcans sous-marins serpentant autour de la planète. Ce système tentaculaire de dorsale océanique est le produit du renversement de matériaux à l'intérieur de la Terre, où les températures d'ébullition peuvent fondre et soulever des roches à travers la croûte, diviser le fond marin et remodeler la surface de la planète sur des centaines de millions d'années.

Maintenant, les géologues du MIT ont analysé des milliers d'échantillons de matériaux en éruption le long des dorsales océaniques et ont retracé leur histoire chimique pour estimer la température de l'intérieur de la Terre.

Leur analyse montre que la température des dorsales océaniques sous-jacentes de la Terre est relativement constante, vers 1, 350 degrés Celsius—à peu près aussi chaud que la flamme bleue d'une cuisinière à gaz. Il y a, cependant, « points chauds » le long de la crête pouvant atteindre 1, 600 degrés Celsius, comparable à la lave la plus chaude.

Les résultats de l'équipe, apparaissant aujourd'hui dans le Journal of Geophysical Research:Solid Earth , fournir une carte des températures de l'intérieur de la Terre autour des dorsales océaniques. Avec cette carte, les scientifiques peuvent mieux comprendre les processus de fonte qui donnent naissance aux volcans sous-marins, et comment ces processus peuvent accélérer le rythme de la tectonique des plaques au fil du temps.

"La convection et la tectonique des plaques ont été des processus importants dans la formation de l'histoire de la Terre, " dit l'auteur principal Stephanie Brown Krein, un post-doctorant au Département de la Terre du MIT, Sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS). "Connaître la température tout au long de cette chaîne est fondamental pour comprendre la planète comme un moteur thermique, et comment la Terre pourrait être différente des autres planètes et capable de maintenir la vie."

Les co-auteurs de Krein incluent Zachary Molitor, un étudiant diplômé de l'EAPS, et Timothée Grove, le professeur R.R. Schrock de géologie au MIT.

Une histoire chimique

La température intérieure de la Terre a joué un rôle essentiel dans la formation de la surface de la planète pendant des centaines de millions d'années. Mais il n'y avait aucun moyen de lire directement cette température à des dizaines voire des centaines de kilomètres sous la surface. Les scientifiques ont appliqué des moyens indirects pour déduire la température du manteau supérieur, la couche de la Terre juste en dessous de la croûte. Mais les estimations à ce jour ne sont pas concluantes, et les scientifiques ne sont pas d'accord sur la variation des températures sous la surface.

Pour leur nouvelle étude, Kerin et ses collègues ont développé un nouvel algorithme, appelé ReversePetrogen, qui est conçu pour retracer l'histoire chimique d'une roche dans le temps, identifier sa composition d'origine en éléments et déterminer la température à laquelle la roche a initialement fondu sous la surface.

L'algorithme est basé sur des années d'expériences menées dans le laboratoire de Grove pour reproduire et caractériser les processus de fusion de l'intérieur de la Terre. Les chercheurs du laboratoire ont chauffé des roches de diverses compositions, atteindre différentes températures et pressions, d'observer leur évolution chimique. De ces expériences, l'équipe a pu dériver des équations et finalement, le nouvel algorithme pour prédire les relations entre la température d'une roche, pression, et composition chimique.

Kerin et ses collègues ont appliqué leur nouvel algorithme aux roches collectées le long des dorsales océaniques de la Terre, un système de volcans sous-marins couvrant plus de 70, 000 kilomètres de longueur. Les dorsales océaniques sont des régions où les plaques tectoniques sont écartées par l'éruption de matière du manteau terrestre, un processus entraîné par les températures sous-jacentes.

"Vous pourriez effectivement faire un modèle de la température de tout l'intérieur de la Terre, basé en partie sur la température à ces crêtes, " dit Kerin. " La question est, qu'est-ce que les données nous disent vraiment sur la variation de température dans le manteau tout au long de la chaîne ?"

Carte du manteau

Les données analysées par l'équipe comprennent plus de 13, 500 échantillons collectés le long de la dorsale océanique sur plusieurs décennies, par de multiples croisières de recherche. Chaque échantillon de l'ensemble de données est celui d'un verre de mer en éruption - de la lave qui a éclaté dans l'océan et a été instantanément refroidie par l'eau environnante en une forme conservée.

Les scientifiques ont précédemment identifié les compositions chimiques de chaque verre dans l'ensemble de données. Kerin et ses collègues ont analysé les compositions chimiques de chaque échantillon grâce à leur algorithme pour déterminer la température à laquelle chaque verre a fondu à l'origine dans le manteau.

De cette façon, l'équipe a pu générer une carte des températures du manteau sur toute la longueur du système de dorsale océanique. A partir de cette carte, ils ont observé qu'une grande partie du manteau est relativement homogène, avec une température moyenne d'environ 1, 350 degrés Celsius. Il y a cependant, "points chauds, " ou des régions le long de la crête, où les températures dans le manteau semblent nettement plus chaudes, vers 1, 600 degrés Celsius.

"Les gens pensent que les hotspots sont des régions du manteau où il fait plus chaud, et où le matériau peut fondre davantage, et augmente potentiellement plus vite, et nous ne savons pas exactement pourquoi, ou combien ils sont plus chauds, ou quel est le rôle de la composition aux points chauds, " dit Kerin. " Certains de ces points chauds sont sur la crête, et maintenant nous pouvons avoir une idée de la variation globale du point chaud en utilisant cette nouvelle technique. Cela nous dit quelque chose de fondamental sur la température de la Terre maintenant, et maintenant nous pouvons penser à la façon dont cela a changé au fil du temps."

Kerin ajoute :« Comprendre ces dynamiques nous aidera à mieux déterminer comment les continents ont grandi et évolué sur Terre, et quand la subduction et la tectonique des plaques ont commencé, qui sont essentielles à la vie complexe. »

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.