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Un monde de diamants baignant dans l’eau à 660 kilomètres sous la surface de la Terre

Certaines des principales inclusions du diamant, notamment l'enstatite, la ringwoodite, la coésite et peut-être la pérovskite (Gu et al., Nat. Geosci., 2022).

Sous la surface de notre monde, bien au-delà de nos faibles moyens, des processus énigmatiques se déroulent.

De temps à autre, la Terre libère des indices sur leur nature : de minuscules diamants chtoniques enveloppant des écailles de minéraux rares. Ces minuscules fragments nous permettent de glaner des informations sur l’intérieur de notre planète.

Un diamant récemment découvert dans une mine de diamants au Botswana est cette pierre. Il est criblé de défauts contenant des traces de ringwoodite, de ferropericlase, d’enstatite et d’autres minéraux qui suggèrent que le diamant s’est formé à 660 kilomètres sous la surface de la Terre.

De plus, ils suggèrent que l’environnement dans lequel ils se sont formés – une division entre le manteau supérieur et le manteau inférieur appelée la discontinuité de 660 kilomètres (ou, plus simplement, la zone de transition) – est riche en eau.

« L’apparition de la ringwoodite et des phases hydratées indique un environnement humide à cette frontière », écrit une équipe de chercheurs dirigée par la physicienne des minéraux Tingting Gu du Gemological Institute of New York et de l’université Purdue.

La majeure partie de la surface de la Terre est recouverte d’océan. Pourtant, compte tenu des milliers de kilomètres qui séparent la surface du noyau de la planète, il s’agit à peine d’une flaque d’eau. Même à son point le plus profond, l’océan a une épaisseur d’un peu moins de 11 kilomètres, du sommet des vagues à son abysse.

Mais la croûte terrestre est fissurée et fragmentée, avec des plaques tectoniques distinctes qui s’entrechoquent et glissent l’une sous l’autre. Dans ces zones de subduction, l’eau s’infiltre plus profondément dans la planète, jusqu’au manteau inférieur.

Au fil du temps, elle remonte à la surface par le biais de l’activité volcanique. Ce cycle d’aspiration et de rejet est connu sous le nom de cycle de l’eau en profondeur, distinct du cycle de l’eau actif à la surface. Il est important de connaître son fonctionnement et la quantité d’eau présente dans les profondeurs pour comprendre l’activité géologique de notre planète. La présence d’eau peut influencer l’explosivité d’une éruption volcanique, par exemple, et jouer un rôle dans l’activité sismique.

Mais comme nous ne pouvons pas y accéder, nous devons patienter de trouver des preuves de la présence de cette eau, comme c’est le cas pour les diamants qui forment des cages cristallines sous l’effet de la chaleur et de la pression extrêmes.

Certaines des principales inclusions du diamant, notamment l’enstatite, la ringwoodite, la coésite et peut-être la pérovskite (Gu et al., Nat. Geosci., 2022).

Gu et ses collègues ont récemment étudié en détail un tel joyau, découvrant 12 inclusions minérales et un amas d’inclusions laiteuses. À l’aide de la spectroscopie micro-Raman et de la diffraction des rayons X, les chercheurs ont sondé ces inclusions afin de déterminer leur nature.

Parmi les inclusions, ils ont trouvé un assemblage de ringwoodite (silicate de magnésium) en contact avec de la ferropericlase (oxyde de magnésium/fer) et de l’enstatite (un autre silicate de magnésium de composition différente).

Aux hautes pressions de la zone de transition, la ringwoodite se décompose en ferropericlase, ainsi qu’en un autre minéral appelé bridgmanite. À des pressions plus faibles, plus près de la surface, la bridgmanite devient de l’enstatite. Leur présence dans le diamant raconte l’histoire d’un voyage, indiquant que la pierre s’est formée en profondeur avant de remonter vers la croûte.

Mais ce n’est pas tout. La ringwoodite en particulier présentait des caractéristiques suggérant qu’elle est de nature hydrique – un minéral qui se forme en présence d’eau. D’autres minéraux présents dans le diamant, comme la brucite, sont également hydratés. Ces indices suggèrent que l’environnement dans lequel le diamant s’est formé était sacrément humide.

On a déjà trouvé des preuves de la présence d’eau dans la zone de transition, mais ces preuves n’ont pas été suffisantes pour évaluer la quantité d’eau présente dans cette zone. S’agissait-il d’une inclusion fortuite provenant d’une petite poche d’eau localisée, ou bien la situation était-elle vraiment explosive ? Les travaux de Gu et de son équipe penchent plutôt pour la viscosité.

« Bien que la formation des diamants du manteau supérieur soit souvent associée à la présence de fluides, les diamants très profonds présentant des assemblages minéraux rétrogrades similaires ont rarement été observés accompagnés de minéraux hydriques », écrivent-ils dans leur article.

« Même si un enrichissement local en H2O a été suggéré pour la zone de transition du manteau sur la base de la découverte précédente de la ringwoodite, la ringwoodite avec des phases hydratées, signalée ici – représentative d’un environnement péridotitique hydraté à la limite de la zone de transition – indique une zone de transition hydratée plus largement jusqu’à et au-delà de la discontinuité des 660 kilomètres. »

Des recherches antérieures ont montré que la Terre absorbe beaucoup plus d’eau que nous ne le pensions auparavant. Cette étude pourrait enfin nous donner une réponse quant à la destination de cette eau.

La recherche a été publiée dans Nature Geoscience.

Adaptation Terra Projects

source : https://www.sciencealert.com/

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