La Terre aspire beaucoup plus d’eau que nous ne le pensions, et personne ne sait où elle va

Les collisions au ralenti de plaques tectoniques sous l’océan entraînent environ trois fois plus d’eau dans les profondeurs de la Terre qu’on ne le croyait auparavant, selon une étude sismique qui couvre la fosse des Mariannes.

Les observations de la tranchée océanique la plus profonde du monde ont d’importantes implications pour le cycle mondial de l’eau, selon les chercheurs.

“Les gens savaient que les zones de subduction pouvaient faire descendre l’eau, mais ils ne savaient pas quelle quantité d’eau”, dit Chen Cai, qui a récemment terminé ses études de doctorat à l’Université de Washington à Saint-Louis et est le premier auteur du document, qui paraît dans Nature.

“Cette recherche montre que les zones de subduction déplacent beaucoup plus d’eau dans les profondeurs intérieures de la Terre – à des kilomètres sous la surface que ce que l’on pensait auparavant”, explique Candace Major, directrice de programme à la Division des sciences océaniques de la National Science Foundation, qui a financé cette étude.

“Les résultats mettent en évidence le rôle important des zones de subduction dans le cycle de l’eau de la Terre.”

“Les estimations antérieures varient considérablement quant à la quantité d’eau qui est subduite à plus de 95 kilomètres de profondeur”, explique Douglas A. Wiens, professeur de sciences de la terre et de la planète et conseiller en recherche de Cai pour cette étude.

“La principale source d’incertitude dans ces calculs était la teneur initiale en eau du manteau supérieur de subduction.”

Sous la mer

Pour mener l’étude, les chercheurs ont écouté plus d’un an de grondements de la Terre – du bruit ambiant aux séismes – en utilisant un réseau de 19 sismographes passifs de fond océanique déployés dans la fosse des Mariannes, ainsi que sept sismographes insulaires.

La tranchée est l’endroit où la plaque de l’océan Pacifique occidental glisse sous la fosse des Mariannes et s’enfonce profondément dans le manteau de la Terre à mesure que les plaques convergent lentement.

Les nouvelles observations sismiques brossent un tableau plus nuancé de la plaque Pacifique qui se plie dans la tranchée – en résolvant sa structure tridimensionnelle et en suivant les vitesses relatives des types de roches qui ont différentes capacités pour retenir l’eau.

La roche peut s’agripper à l’eau et s’y accrocher de diverses façons. L’eau de mer au sommet de la plaque s’écoule dans la croûte terrestre et dans le manteau supérieur le long des lignes de faille qui relient la zone où les plaques entrent en collision et se courbent. Puis elle est piégée.

Dans certaines conditions de température et de pression, les réactions chimiques forcent l’eau à prendre une forme non liquide sous forme de minéraux hydratés – des roches humides – qui emprisonnent l’eau dans la roche de la plaque géologique.

Pendant ce temps, la plaque continue de s’enfoncer de plus en plus profondément dans le manteau de la Terre, emportant l’eau avec elle.

Des études antérieures sur des zones de subduction comme la fosse des Mariannes ont montré que la plaque de subduction pouvait retenir l’eau. Mais ils n’ont pas pu déterminer la quantité d’eau qu’elle contenait et sa profondeur.

“Les conventions précédentes étaient basées sur des études de sources actives, qui ne peuvent montrer que les 5 à 6 kilomètres supérieurs de la plaque entrante”, dit Cai, se référant à un type d’étude sismique qui utilise des ondes sonores créées par le souffle d’un canon à air à bord d’un navire de recherche océanographique pour créer une image de la structure rocheuse du sous-sol.

“Ils ne pouvaient pas être très précis quant à l’épaisseur ou à l’hydratation du produit”, dit-il.

“Notre étude a essayé de limiter cela. Si l’eau peut pénétrer plus profondément dans la plaque, elle peut y rester et descendre plus profondément.”

Les images sismiques montrent que la zone de roches hydratées de la fosse des Mariannes s’étend à près de 32 kilomètres sous le fond marin, bien plus profond qu’on ne le pensait auparavant. La quantité d’eau qui peut être retenue dans ce bloc de roche hydratée est considérable.

Ce qui descend doit remonter

Pour la seule région de la fosse des Mariannes, il y a quatre fois plus de conduites d’eau que ce qui avait été calculé précédemment. Les chercheurs peuvent également extrapoler ces caractéristiques pour prédire les conditions sous d’autres tranchées océaniques dans le monde.

“Si d’autres vieilles dalles de subduction à froid contiennent des couches aussi épaisses de manteau hydraté, les estimations du flux global d’eau dans le manteau à des profondeurs supérieures à 95 kilomètres doivent être augmentées d’un facteur d’environ trois”, dit M. Wiens.

Et pour l’eau de la Terre, ce qui descend doit remonter. Le niveau de la mer est demeuré relativement stable au cours des temps géologiques, variant de moins de 300 mètres.

Cela signifie que toute l’eau qui descend dans la Terre dans les zones de subduction doit remonter d’une manière ou d’une autre, et non s’accumuler continuellement à l’intérieur de la Terre.

Les scientifiques croient que la majeure partie de l’eau qui descend dans la tranchée revient de la Terre dans l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau lorsque des volcans font éruption à des centaines de kilomètres de distance.

Mais avec les estimations révisées de l’eau de la nouvelle étude, la quantité d’eau entrant dans le sol semble largement supérieure à la quantité d’eau qui en sort.

“Les estimations de l’eau qui revient par l’arc volcanique sont probablement très incertaines”, dit M. Wiens, qui espère que cette étude incitera d’autres chercheurs à reconsidérer leurs modèles sur la façon dont l’eau sort de la Terre.

“Cette étude provoquera probablement une réévaluation.”

L’évaluation de la tectonique à grande échelle et à long terme contribue de façon significative au cycle global de l’eau, qui a été difficile à quantifier avec précision, explique Weisen Shen, professeur adjoint en géosciences à l’Université Stony Brook, dont le travail sur le projet consistait à utiliser un nouvel outil pour transférer les données sismiques brutes en images que l’équipe pourrait utiliser pour estimer les quantités d’eau.

En route pour l’Alaska

Au-delà de la fosse des Mariannes, Wiens et une équipe d’autres scientifiques ont récemment déployé un réseau sismique similaire au large de l’Alaska afin d’étudier comment l’eau y est transportée dans la Terre.

“La quantité d’eau varie-t-elle considérablement d’une zone de subduction à l’autre, selon le type de faille que vous avez quand la plaque plie ?” demande Wiens.

“Il y a eu des suggestions à ce sujet en Alaska et en Amérique centrale. Mais personne n’a encore examiné la structure plus profonde comme nous avons pu le faire dans la fosse de la Marianne”, dit-il.

La recherche a été publiée dans Nature.

Source : Université de Washington à St. Louis, Stony Brook University

Cet article a d’abord été publié sur Futurity et est republié ici sous une licence CC BY 4.0. Lire l’article original.

Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche