Le mystère du minéral manquant de la Terre a été résolu par une nouvelle expérience brûlante
Observer les couches qui composent la Terre – la croûte, le manteau supérieur, le manteau inférieur et le noyau – n’est pas une tâche facile.
Structures cristallines à l’échelle atomique des pérovskites du manteau, de gauche à droite : la bridgmanite, la nouvelle pérovskite, la davemaoite. (Dan Shim)
Après tout, ce n’est pas comme s’il y avait une coupe transversale de la planète facilement disponible pour l’étude.
Aujourd’hui, les scientifiques pensent avoir découvert un nouveau minéral dans le manteau inférieur, une section qui représente 55 % du volume total de la Terre.
Nous connaissons déjà les trois principaux minéraux de cette couche – la bridgmanite, la ferropériclase et la davemaoïte – mais il pourrait bien y en avoir un autre. Ce qui intrigue les chercheurs depuis un certain temps, c’est que la bridgmanite et la davemaoïte devraient théoriquement fusionner ensemble à haute température, grâce à leurs arrangements cristallins similaires (techniquement connus sous le nom de structure pérovskite).
Cependant, les expériences précédentes n’ont pas montré que c’était le cas.
“Pourquoi la davemaoïte et la bridgmanite ne fusionnent-elles pas alors qu’elles ont des structures très similaires à l’échelle atomique ? Cette question a fasciné les chercheurs pendant plus de deux décennies”, explique le géoscientifique Dan (Sang-Heon) Shim de l’Arizona State University.
“De nombreuses tentatives ont été faites pour trouver les conditions dans lesquelles ces deux minéraux fusionnent, mais la réponse des expériences a toujours été deux minéraux distincts. C’est là que nous avons senti que nous avions besoin d’idées nouvelles en matière d’expériences.”
Grâce à une série d’expériences de chauffage à haute pression dans une chambre spéciale, les chercheurs ont tenté de simuler les conditions dans tout le manteau inférieur. Ils ont réussi à augmenter la température très rapidement, atteignant environ 1 650 à 1 925 degrés Celsius en moins d’une seconde, avant de monter à des températures d’environ 2 800 degrés Celsius.
Les petits échantillons chauffés – maintenant à des températures représentatives de la couche supérieure du manteau inférieur jusqu’au manteau inférieur profond – ont ensuite été observés par imagerie à rayons X pour cartographier la structure de ses minéraux. De manière inattendue, à des températures approchant les 2 000 degrés Celsius et plus, un seul minéral pérovskite s’est formé, une combinaison de davemaoite et de bridgmanite.
Cela indique que la partie profonde du manteau inférieur présente un mélange minéralogique différent de celui de la partie supérieure, en raison de la température et de la pression plus élevées. Une fusion de la bridgmanite et de la davemaoïte en profondeur ajouterait un minéral supplémentaire à prendre en compte, et les chercheurs pensent que le fer joue probablement un rôle important.
“On pensait qu’une grande différence de taille entre le calcium et le magnésium, les principaux cations de la davemaoïte et de la bridgmanite, respectivement, devait empêcher ces deux minéraux de fusionner”, explique le minéralogiste Byeongkwan Ko de l’université d’État du Michigan.
“Mais notre étude montre qu’ils peuvent surmonter cette différence dans les environnements chauds.”
Le manteau terrestre était autrefois beaucoup plus chaud qu’aujourd’hui, ce qui suggère que la fusion des minéraux pérovskites aurait été plus répandue – et donc que la composition géologique a été considérablement modifiée au fil du temps.
Ces résultats concordent avec des recherches antérieures suggérant que les propriétés du manteau inférieur changent à mesure que l’on s’enfonce. Il s’agit d’un élément que les études futures pourront analyser plus en détail – tant en ce qui concerne son état actuel que son état dans le passé.
“Notre découverte nécessite une révision des modèles de minéralogie du manteau profond et aura un impact sur notre compréhension de la composition, de la structure, de la dynamique et de l’évolution de cette région”, écrivent les chercheurs dans leur article publié.
La recherche a été publiée dans Nature.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
