Une équipe de chercheurs dirigée par Ho-Kwang Mao de la Carnegie Institution aux États-Unis semble avoir découvert un mystère qui préoccupe depuis longtemps les géologues. Les auteurs ont expliqué en quoi consistaient les zones d'ondes sismiques de ralentissement à la frontière noyau-manteau et reproduisaient le processus de sa formation en laboratoire. Si les conclusions des scientifiques sont correctes, alors ces zones se révèlent être un stockage géant d'oxygène, qui peut influencer l'histoire de la vie sur Terre. Un article scientifique reprenant les résultats de l'étude a été publié dans la revue Nature le 22 novembre 2017.
Comment savons-nous ce qu'il y a sous nos pieds? Cette simple question est un casse-tête pour les géologues. Le voyage au centre de la Terre n'existe que dans les pages de livres de science-fiction, mais en fait, la profondeur de forage record dépasse à peine 12 kilomètres.
Les ondes sismiques sont venues au secours des scientifiques, qui se propagent de différentes manières dans des roches de densités différentes, elles permettent de conduire des "ultrasons" jusque dans les profondeurs de notre planète. Cependant, les informations qui peuvent être obtenues à partir d'une telle analyse sont incomplètes. Souvent, les réponses reçues ne soulèvent que de nouvelles questions. En fait, comme dans tout autre domaine scientifique.
À une profondeur de 2900 km, la limite noyau-manteau est localisée. Les géologues découvrent depuis longtemps des zones dans lesquelles les ondes sismiques se déplacent anormalement lentement. On les appelait zones ultra-low speed, en anglais ultra-low speed zones, d'où l'abréviation UVZ. Mais qu'est-ce que c'est? Quel matériau mystérieux ralentit autant les vibrations de la terre?
Cette question a longtemps été discutée par les scientifiques et de nombreuses hypothèses ont déjà été proposées. Cependant, ils ont tous un inconvénient: il est nécessaire d'expliquer comment la substance nécessaire dans son ensemble s'est retrouvée à une telle profondeur.
L'équipe de Ho-Kwan semble avoir fait d'une pierre deux coups. Les chercheurs ont trouvé un minéral approprié et un mécanisme simple pour sa formation sur place. Certes, ce succès a conduit à la question de la nécessité de réviser quelque chose dans l'histoire de la biosphère terrestre.
Le minéral que les auteurs ont aimé est le peroxyde de fer FeO2Hx (le nombre d'atomes d'hydrogène peut être différent). Parlant du travail de leurs prédécesseurs, ils disent qu'ils sont stables dans les conditions du manteau inférieur.
Mais d'où pouvez-vous l'obtenir? Pour répondre à cette question, les scientifiques ont recréé une petite partie des profondeurs infernales du laboratoire. Les pinces diamantées ont comprimé la substance, créant une pression de 860 000 atmosphères. Un faisceau laser pénétrant des plaques de diamant transparentes a chauffé les réactifs à 1900 degrés Celsius.
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Dans ces conditions, comme l'ont constaté les auteurs, le peroxyde de fer est formé à partir des composants les plus simples: le fer et l'eau. Il y a autant de fer dans le noyau de la Terre que nécessaire - en fait, il est principalement composé de ce métal. Et de l'eau? Selon les auteurs, 300 millions de tonnes d'eau coulent chaque année dans les profondeurs du manteau en raison du mouvement des plaques tectoniques. Selon leurs calculs, un dixième de l'eau de l'océan mondial suffirait à créer la totalité de l'UVZ observée. À titre de comparaison: selon certaines estimations, il y a 90 fois plus d'eau à l'intérieur de la Terre, y compris la croûte, le manteau et le noyau, qu'à la surface.
Il s'avère que le minéral nécessaire se forme à la frontière du manteau et du noyau à partir de substances qui y sont suffisantes. Mais est-ce vraiment responsable de l'image observée sur les sismogrammes?
Les chercheurs ont également testé cela. À l'aide d'expériences et de calculs théoriques, ils ont constaté que les caractéristiques requises (vitesse du son, densité, etc.) avaient un mélange, dans lequel 40 à 50% de peroxyde de fer et le reste dans des roches communes du manteau inférieur. Les propriétés d'un tel mélange sont en excellent accord avec les données d'observation d'UVZ. On dirait que le secret des mystérieuses «zones de ralentissement» a été révélé.
Mais cette découverte soulève d'autres questions intéressantes. Comme expliqué dans un communiqué de presse de l'étude, les dépôts de peroxyde de fer représentent un réservoir géant d'oxygène. De temps en temps, de l'oxygène peut être libéré et atteindre la surface. Les implications de tels événements et leur lien possible avec le changement climatique, les extinctions massives et d'autres événements majeurs restent à étudier.
