Dans une étude publiée dans Earth and Planetary Science Letters , Parai et Judy Zhang, étudiante diplômée, ont utilisé des mesures de gaz rares provenant de roches volcaniques des îles Cook et Australes pour montrer que la tectonique des plaques transportait des gaz de la surface vers les profondeurs de la Terre depuis plus de 2,5 milliards d'années.

Les gaz rares sont particulièrement utiles pour les investigations en profondeur car ils sont chimiquement inertes. Certains de leurs isotopes étaient piégés à l'intérieur du pays il y a 4,5 milliards d'années, lors de la formation de la Terre, a expliqué Zhang. "Ils laissent une empreinte durable sur les rochers."

Dans le laboratoire de Parai, Zhang a pu mesurer plusieurs éléments de gaz rares et leurs isotopes, y compris l'élément rare xénon. Le modèle d'abondance des gaz rares et leurs signatures isotopiques distinctives racontent une histoire importante, a déclaré Zhang.

Comme Zhang l'a expliqué, les roches des îles Cook-Austral ont été transportées du plus profond du manteau de la planète jusqu'à la surface de la Terre par des éruptions volcaniques. Les gaz rares caractéristiques des roches ont montré que, dans le passé profond, les plaques tectoniques étaient relativement froides lorsqu'elles ont subi une subduction (le processus par lequel la roche de surface s'enfonce dans le manteau) il y a environ 2,5 milliards d'années.

Certains chercheurs ont émis l’hypothèse qu’à l’époque, la planète aurait pu être beaucoup plus chaude et plus dure que le monde que nous connaissons aujourd’hui. La présence de xénon montre que la subduction s'est produite dans des conditions géologiques similaires à celles des temps modernes. "Si la roche avait été soumise à des températures beaucoup plus élevées, elle aurait perdu tous ses gaz", a déclaré Zhang. "C'est une découverte très excitante."

Détecter des atomes de xénon n’est pas comme chercher une aiguille dans une botte de foin; c'est comme trouver une aiguille microscopique dans un champ de foin entier. Les gaz rares sont déjà une caractéristique rare dans la roche, et le xénon, capable de retracer l'ancienne tectonique des plaques, est exponentiellement plus insaisissable. "Il n'y a qu'environ 100 000 atomes de xénon pour chaque gramme de matière", a déclaré Parai. Cela représente environ 1 atome sur 10 quadrillions.

Les chercheurs ont dû extraire du gaz de grandes quantités d’olivine contenues dans ces roches pour obtenir le signal le plus faible. "C'est comme si nous cherchions comment extraire le sang d'une pierre", a déclaré Parai.

En décembre dernier, Zhang a collecté davantage d'échantillons de roches au fond de l'océan au cours d'une croisière de recherche de 28 jours dans le Pacifique Sud dirigée par Doug Wiens, professeur émérite Robert S. Brookings. L'analyse des roches dans le laboratoire de Parai devrait offrir encore plus d'informations sur le passé profond de la Terre. "Nous repoussons les limites de l'analyse pour regarder des milliards d'années en arrière", a déclaré Zhang.