• Géophysique: des expériences dans les conditions régnant à la frontière noyau – manteau suggèrent un scénario d’intégration des volatils lors de la solidification de la Terre!____¤202003

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Krypton storage capacity of the Earth's lower mantle» sont publiés dans la revue Earth and Planetary Science Letters, a permis de montrer, grâce à des expériences de solubilités aux conditions extrêmes de pression et température correspondant à la frontière noyaumanteau, que les minéraux du manteau inférieur terrestre possèdent une capacité de stockage en gaz rares (argonkrypton et xénon) compatible avec les données géochimiques. Elle conduit ainsi à proposer un scénario d’intégration des volatils lors de la phase de solidification de la Terre.

     

    Relevons tout d'abord que «les gaz rares sont des marqueurs géochimiques importants permettant la reconstruction de la distribution en volatils au cours des périodes géologiques». Concrètement, «leurs rapports isotopiques mesurés dans les basaltes des îles océaniques et des dorsales océaniques (OIB et MORB) démontrent l’existence de deux réservoirs de volatils différents dans le manteau terrestre: une source pauvre en volatils (MORB) et un réservoir primordial plus riche provenant des panaches mantelliques (OIB)».

     

    Néanmoins, «la taille et la localisation des réservoirs profonds sont toujours sujettes à débats» en raison des «difficultés d'identification de la région source des OIB» et de «l'absence d'échantillons naturels qui permettraient de reconstruire les processus de rétention des volatils qui se sont produits lors de l’accrétion terrestre».

     

    Dans ce contexte, l'étude ici présentée révèle que le manteau terrestre profond a eu «la capacité de retenir les gaz rares pendant la cristallisation de l'océan magmatique et qu'il pourrait représenter un réservoir important de gaz rares».

     

    Plus précisément, «la solubilité du krypton dans la ferropériclase (Mg,Fe)O (2ème phase la plus importante du manteau inférieur) et dans différents alliages métalliques» a été analysée «expérimentalement dans les conditions du manteau inférieur (115 GPa et 3700 K)», des conditions «atteintes en utilisant la cellule à enclumes de diamant chauffée avec des lasers».

     

    Les mesures quantitatives, qui «ont ensuite été effectuées par spectroscopie d'absorption des rayons X et par microscopie électronique», montrent «que la ferropériclase peut retenir jusqu'à 3% en poids de krypton représentant un ordre de grandeur supérieur par rapport au noyau externe liquide de la Terre».

     

    De plus, «en utilisant des données récentes de compressibilité des gaz rares», cette étude démontre «que la substitution du krypton dans le site anionique de (Mg1-x, Fex)O sous forme de défauts Schottky est possible dans les conditions du manteau inférieur».

     

    Enfin, «les concentrations relatives du néon, de l’argon, du krypton et du xénon stockées dans la ferropériclase et la bridgmanite ont été estimées à partir de la modélisation de la déformation de leur réseau cristallin». Elles «sont en bon accord avec les estimations basées sur les concentrations de l’hélium 3 dans les basaltes des îles océaniques ou les concentrations radiogéniques de l’argon 40 de la Terre profonde», ce qui suggère «que le manteau inférieur profond est un réservoir potentiel de gaz rares».

     

    En fin de compte, ces résultats «mettent en lumière le processus de distribution des volatils aux premiers stades de la formation de la Terre, lorsque la planète était complètement en fusion et pendant la période de l’océan magmatique qui s’est sans doute produite après le dernier impact géant sur Terre formant la lune».

     

    De la sorte, «lors de la cristallisation et de la différenciation de l'océan magmatique qui a produit le noyau et le manteau terrestre, des gaz rares peuvent avoir été incorporés dans la structure cristalline des minéraux du manteau inférieur» et «comme les panaches provenant de la couche Dʺ n’ont que des interactions limitées dans le manteau inférieur, les éléments volatils peuvent donc rester piégés dans les phases du manteau profond au cours des périodes géologiques».

     

     


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