La tectonique des plaques terrestres a récemment subi de grands changements

Rouille-9D/iStock

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Dans une révélation surprenante, des scientifiques suggèrent que la tectonique des plaques terrestres aurait pu fonctionner de manière très différente dans un passé lointain, selon une étude publiée hier (27 juillet) dans Nature.

Les nouvelles découvertes remettent en question la croyance traditionnelle selon laquelle la convection du manteau a commencé peu après la formation de la Terre, il y a 4,5 milliards d'années, et s'est produite sur l'ensemble du manteau.

Au lieu de cela, l’étude soutient que la tectonique des plaques était confinée au manteau supérieur au début de l’histoire de la Terre.

De plus, supposons que cette stratification soit vraie, dans ce cas, le manteau inférieur pourrait abriter de la matière primordiale non perturbée, offrant un aperçu de la composition originale de la Terre et une source potentielle de substances volatiles essentielles nécessaires au développement de la vie.

La tectonique des plaques concerne le mouvement et l'interaction des plaques tectoniques à la surface de la Terre. Ils sont à l’origine de tous les tremblements de terre, volcans et constructions de montagnes (pour n’en nommer que quelques-uns).

Ces plaques font partie de la croûte terrestre et leur mouvement lent est entraîné par les courants de convection dans le manteau, la couche située sous la croûte. Pour rappel, voici une image de la structure interne de la Terre :

Srimadhav/Wikimédia Commons

Selon la compréhension traditionnelle, la convection du manteau existe depuis la formation de la Terre il y a 4,5 milliards d'années et fonctionne comme une seule couche.

Cependant, une nouvelle étude affirme désormais que ce « scénario à une seule couche » est une caractéristique relativement récente de l'histoire géologique de la Terre.

"Nos nouveaux résultats suggèrent que pendant la majeure partie de l'histoire de la Terre, la convection dans le manteau était stratifiée en deux couches distinctes, à savoir les régions supérieure et inférieure du manteau isolées les unes des autres", a expliqué l'auteur principal Zhengbin Deng de l'Université de Copenhague, dans une étude. déclaration.

Les auteurs pensent que la stratification se serait produite à environ 660 kilomètres (km) sous la surface de la Terre, là où certains minéraux subissent une transition de phase.

"Nos résultats indiquent que dans le passé, le recyclage et le mélange des plaques subductées dans le manteau étaient limités au manteau supérieur, où règne une forte convection", a ajouté le professeur agrégé co-auteur Martin Schiller.

"Cela est très différent de la façon dont nous pensons que la tectonique des plaques fonctionne aujourd'hui, où les plaques subductrices s'enfoncent dans le manteau inférieur."

Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode pour analyser la composition isotopique du titane dans les roches, leur permettant d'étudier les roches du manteau remontant à 3,8 milliards d'années jusqu'aux laves modernes d'Australie.

Les isotopes du titane sont particulièrement utiles car ils changent lorsque la croûte terrestre se forme. Ceux-ci aident les scientifiques à retracer la façon dont les matériaux de surface sont recyclés dans le manteau au fil du temps.

Les résultats de l’étude ont également des implications intrigantes sur l’existence d’un « manteau primordial » – un réservoir de matériau du manteau préservé depuis la formation initiale de la Terre.

Si le recyclage et le mélange des plaques tectoniques étaient limités au manteau supérieur, le manteau inférieur pourrait contenir du matériel primordial non perturbé.

"Nos nouvelles données sur les isotopes du titane nous permettent d'identifier de manière fiable quels volcans profonds modernes échantillonnent le manteau primordial de la Terre", a souligné le professeur co-auteur Martin Bizzarro.

"C'est passionnant car cela offre une fenêtre temporelle sur la composition originale de notre planète, nous permettant peut-être d'identifier la source des substances volatiles de la Terre qui étaient essentielles au développement de la vie."

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour comprendre pleinement les implications de ces découvertes, l'étude représente un pas en avant significatif dans la compréhension du passé géologique et des caractéristiques uniques de la Terre.

L'étude complète a été publiée dans Nature le 27 juillet et peut être consultée ici.

Résumé de l'étude :

Le manteau terrestre a une structure à deux couches, les domaines supérieur et inférieur du manteau étant séparés par une discontinuité sismique à environ 660 km (réf. 1,2). L'ampleur du transfert de masse entre ces domaines du manteau tout au long de l'histoire de la Terre est cependant mal comprise. L'extraction de la croûte continentale entraîne un fractionnement isotopique stable du Ti, produisant des résidus de fusion isotopiquement légers3,4,5,6,7. Le recyclage du manteau de ces composants peut conférer une variabilité isotopique du Ti traçable dans le temps profond. Nous rapportons des rapports 49Ti/47Ti de très haute précision pour les chondrites, les anciennes laves dérivées du manteau terrestre datant d'il y a 3,8 à 2,0 milliards d'années (Ga) et les basaltes des îles océaniques modernes (OIB). Notre nouvelle estimation de la Terre silicatée en vrac de Ti (BSE), basée sur les chondrites, est 0,052 ± 0,006 ‰ plus lourde que le manteau supérieur moderne échantillonné par les basaltes normaux des dorsales médio-océaniques (N-MORB). Le rapport 49Ti/47Ti du ​​manteau supérieur terrestre était chondritique avant 3,5 Ga et a évolué vers une composition de type N-MORB entre environ 3,5 et 2,7 Ga, établissant qu'une plus grande partie de la croûte continentale a été extraite au cours de cette époque. Le décalage de +0,052 ± 0,006‰ entre l'ESB et les N-MORB nécessite que moins de 30 % du manteau terrestre soit équilibré avec du matériel crustal recyclé, ce qui implique un échange de masse limité entre le manteau supérieur et le manteau inférieur et, par conséquent, la préservation d'un réservoir primordial du manteau inférieur pour la majeure partie de l'histoire géologique de la Terre. Les OIB modernes enregistrent des ratios variables 49Ti/47Ti allant des compositions chondritiques aux compositions N-MORB, indiquant une perturbation continue du manteau primordial de la Terre. Ainsi, la tectonique des plaques de style moderne avec transfert de masse élevé entre le manteau supérieur et le manteau inférieur ne représente qu'une caractéristique récente de l'histoire de la Terre.