Publication - Découverte de Ringwoodite Terrestre et "Océan" dans le Manteau de la Terre

Une publication cette semaine, par l'université de l'Alberta, fait état de la découverte de la première Ringwoodite terrestre. Cet événement donne un meilleur aperçu de ce qui se passe dans le manteau de la Terre et confirme également la présence d'eau dans la zone de transition entre le manteau supérieur et le manteau inférieur.

Source : Université d'Alberta
La zone de transition entre le manteau supérieur et le manteau inférieur se situe entre 410 et 660km de profondeur.

La zone de transition du manteau

Source : Bakersfield College

L'intérieur de la Terre est divisée en différentes couches qui ont été établies grâce aux relevés sismiques. L'analyse des ondes sismiques montrent différentes vitesses pour différentes couches et des zones de changement brusques aux limites entre deux couches.
Les ondes sismiques sont plus "rapide" dans les roches chaudes et plus "lente" dans les roches froides.
1- Lithosphère : de 0 à 100km de profondeur, il s'agit de la croûte terrestre, la partie rigide de la Terre. Les plaques tectoniques en font partie, ansi qu'une partie du manteau supérieur (partie rigide du manteau). Dans cette zone, la croûte est séparée du manteau par la discontinuité de Moho (les ondes sismiques changent de vitesse à cet endroit), qui varie entre 5km (sous les océans) à 90km de profondeur (sous les continents).
2- Manteau supérieur : de 100km à 410km de profondeur. Le matériel est en fusion.
3- Zone de transition : de 410km à 660km, certains minéraux ont un changement de structure.
4- Manteau inférieur : de 660km à 2925km. La matière en fusion est beaucoup plus chaude et dense.

Qu'est-ce que la Ringwoodite
La ringwoodite est un minéral qui, jusqu'à présent, n'avait été observé qu'à l'intérieur de météorite. Sa présence dans la zone de transition du manteau était suspectée, mais jamais encore observée.
En fait, la Ringwoodite a la même formule chimique que l'olivine -> (Mg, Fe)₂SiO₄. La différence réside dans sa structure cristalline.

Source: Sébastien Merkel
Gauche : Olivine, Droite : Ringwoodite

La ringwoodite est le résultat de l'olivine soumise à de très fortes pressions. L'olivine se retrouve en grande quantité dans le magma et dans les basaltes (roches magmatiques) à la surface de la Terre. Un peu comme le diamant qui a la même composition que le graphite (carbone), mais qui n'a pas la même structure cristalline.
La ringwoodite ne peut se former que dans la zone de transition du manteau car à une pression plus grande, elle se change complètement de formule chimique (donc, elle donne naissance à d'autres types de minéraux) et à une pression moindre, elle se transforme en Wadsleyite et ensuite en Olivine.
La zone de transition est donc l'endroit idéal pour la formation de ce minéral.
Présence d'eau
De plus, la ringwoodite a la capacité d'emmagasiner une quantité importante d'eau dans sa structure, sous la forme d'ions d'hydroxide (un hydrogène et un oxygène liés ensemble -> OH^-). La quantité d'ions présents dans le minéral permet d'évaluer si ce minéral s'est formé dans une zone où les ions étaient disponible ou non.

Le diamant découvert

Source : Université d'Alberta
La ringwoodite trouvée dans un diamant au Brésil ne fait que 60µm. Le diamant fait 3mm.

Le diamant contenant la ringwoodite a été acheté a des mineurs qui l'avaient trouvé dans du gravier de rivière, au Brésil.
Comment un morceau de ringwoodite, ne se retrouvant que dans la zone de transition, s'est-il retrouvé à la surface? Grâce à une kimberlite.

Note : les Kimberlites
Les diamants se forment à aux moins 150 à 200km sous la surface. Certains diamants peuvent se former à des profondeurs allant jusqu'à 700km.
La kimberlite, sous la forme de magma (roche en fusion), remonte à la surface par une série de crevasses et fissures dans la partie inférieure de la croûte terrestre. Sous la pression de ce liquide, ces faiblesses se transforment en cheminées et une éruption volcanique explosive en résulte.
Le magma se refroidissant dans les cheminées en couvre les parois, donnant naissance aux cheminées de kimberlite. Après une érosion intense, ces cheminées deviennent accessible.

Source : Geocaching
Gauche : Différents modèles présentant les possible remontées du magma. La zone en bleu est la zone où la pression et la température permettent la stabilité du diamant.
Droite : exemple d'une cheminée de kimberlite.

Lors de sa remontée, le magma de kimberlite peut passer à travers les zones de formation de diamant et peut les entrainer vers la cheminée. Comme l'éruption est rapide et intense (environ une dizaine d'heure), les diamants n'ont pas le temps de fondre dans le liquide chaud et restent emprisonnés dans la kimberlite refroidie.
Événement commun au cours des temps géologiques, le dernier volcan de kimberlite reconnu a eu lieu il y a 50 millions d'année, sur le territoire actuel du Canada.

Les océans dans le manteau
La découverte de la première ringwoodite terrestre a confirmé la présence de l'équivalent d'un ou plusieurs océans dans la zone de transition du manteau.
En effet, la ringwoodite trouvée contient 1.5% d'ions d'hydroxide. Ceci ne veut pas dire qu'il y a un ou plusieurs océans dans la zone de transition. Il n'y a pas de lacs souterrains, de réservoir ou d'aquifère. L'eau n'est pas disponible.
Cette découverte indique seulement que lorsqu'une plaque tectonique est subductée, donc qu'elle glisse sous une autre plaque pour aller fondre dans le manteau, elle entraine avec elle de l'eau des océans.
Cette eau, compte tenu des hautes pressions et des chaleurs intenses, se sépare en OH^- et H⁺, qui est ensuite en solution dans la roche en fusion, ou bien est pressée dans la structure cristalline des minéraux en suspension (comme la ringwoodite). Comme une éponge microscopique.
L'eau ne pourrait être "libérée" que si ces minéraux contenant les ions, fondent et que le liquide remonte à la surface grâce à des coulées de lave qui libèreraient la vapeur d'eau.
Ainsi, la présence de ces ions dans la ringwoodite aidera à une meilleure compréhension de ce qui se passe dans le manteau lorsqu'une plaque est subductée.

Pour en savoir plus...
Rare mineral points to vast "oceans" beneath the Earth
La Terre cache-t-elle l'équivalent d'un océan dans son manteau ?
Earth's Conveyor Belts Trap Oceans of Water
The Upper Mantle and Transitional Zone

Séisme de Ferndale, Californie, États-Unis - 9 mars 2014

Le 9 mars 2014, un séisme de 6.8 a frappé au large de la Californie, aux États-Unis. Ce séisme a eu lieu sous l'océan Pacifique, sur la plaque tectonique de Juan de Fuca, et n'a provoqué aucun tsunami.

Source : USGS

Le séisme a eu lieu près de point triple de Mendocino, à l'ouest de la Californie, où trois plaques tectoniques se touchent. Cette zone fait partie de la Ceinture de Feu du Pacifique.

1. La plaque de l'Amérique du Nord à l'est sur laquelle repose la plus grande partie des États-Unis, le Canada et le Mexique.
2. La plaque du Pacifique au sud-ouest sur laquelle repose une partie de la Californie et la péninsule de Baja.
3. La plaque de Juan de Fuca au nord-ouest. Cette plaque peut être divisée en trois partie, la micro-plaque de Gorda au sud, Juan de Fuca au centre et Explorer au Nord.

Ces trois plaques ont des mouvements distincts les unes avec les autres.

Source : NRCAN

• La plaque de Juan de Fuca glisse sous la plaque de l'Amérique du Nord le long de la zone de subduction des Cascades, créant une série de volcans dont plusieurs sont toujours en activité : Mont St. Helens (actif - Washington), Mont Garibaldi (dormant - Colombie-Britannique), Mont Lassen (actif - Nord de la Californie), Mont Baker (actif - Washington), Mont Rainier (actif - Washington), Mont Mazama (dorman - Oregon), etc.
• La plaque de Juan de Fuca est séparé de la plaque du Pacifique à l'ouest par la dorsale de Juan de Fuca. Au sud, les deux plaques glissent l'une contre l'autre dans la prolongation de la faille de San Andreas.
• La plaque du Pacifique glisse contre la plaque de l'Amérique du Nord au niveau de la Californie, le long de la faille de San Andreas. Ce mouvement transformant explique pourquoi la série de volcans dans l'ouest de l'Amérique du Nord s'arrête dans le nord de la Californie, à la hauteur du point triple. 

Source : University of Colorado Boulder

Le séisme du 9 mars a eu lieu sur la plaque de Juan de Fuca, dans la sous-région de Gorda, le long d'une faille transformante à l'intérieur même de la plaque. Ces failles existent pour accommoder les plus importants mouvements entre les plaques et quelques fois, la pression est relâchée le long de celles-ci.
Comme il s'agit d'une faille transformante, c'est à dire que les morceaux glissent l'un contre l'autre, l'eau qui recouvre cette plaque n'est pas déplacée en hauteur, évitant de créer un tsunami important.