An ancient, deep, and ultra-depleted mantle domain beneath the northern Atlantic Ocean
Cette étude identifie un domaine mantellique ancien et ultra-appauvri sous l'océan Atlantique Nord, caractérisé par une extraction de fusion à haut degré à de grandes profondeurs, que les auteurs proposent comme représentant des résidus préservés d'anciennes panaches mantelliques qui contribuent à la structure compositionnelle à grande échelle de la Terre.
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Bien en dessous de la surface de la Terre repose un océan de roche bouillonnante, plus chaud que la surface du soleil, et pourtant assez solide pour porter les continents sur son dos. C'est le manteau, une couche qui se sépare lentement en différentes familles chimiques depuis des milliards d'années. À mesure que la planète se refroidissait et se différenciait, elle a poussé les matériaux plus légers vers le haut pour former la croûte sur laquelle nous marchons, laissant derrière elle un résidu plus lourd et plus épuisé dans les profondeurs. Depuis des décennies, les scientifiques savent que ce manteau résiduel n'est pas uniforme. Ils ont cartographié une division large : le manteau sous l'océan Pacifique a tendance à être chimiquement « appauvri », signifiant qu'il a déjà cédé une grande partie de ses ingrédients faciles à fondre, tandis que le manteau sous l'Afrique et l'océan Indien est « enrichi », conservant davantage de ces composants volatils. Mais une pièce cruciale du puzzle manquait encore. Si le côté enrichi était bien étudié, la nature et l'origine des poches de manteau les plus extrêmes, les plus épuisées, restaient un mystère.
Une nouvelle étude de Feng Xu et de ses collègues a enfin localisé l'une de ces poches extrêmes, révélant un vaste domaine ancien caché sous l'océan Atlantique septentrional. En analysant les empreintes chimiques des roches remontées à la surface par les volcans et les dorsales médio-océaniques, les chercheurs ont identifié une région qui est bien plus appauvrie que tout ce qui avait été vu auparavant. Il ne s'agit pas seulement d'une parcelle de roche légèrement fatiguée ; c'est un domaine ultra-appauvri, un lieu où le manteau a été dépouillé de ses minéraux à un degré extrême. L'équipe a découvert que les roches de cette région portent une signature chimique unique, spécifiquement dans la manière dont leurs isotopes de hafnium et de néodyme se comportent, ce qui les distingue du manteau appauvri du Pacifique et du manteiment enrichi du sud.
Pour comprendre comment cela s'est produit, les chercheurs ont dû remonter le temps. Ils ont construit un modèle statistique pour simuler la façon dont le manteau fond et change sur des milliards d'années. Leurs travaux suggèrent que les roches ultra-appauvries sous l'Atlantique septentrional ont été formées par un événement de fusion massif et à haute température qui s'est produit il y a au moins 800 millions d'années. Crucialement, cette fusion s'est produite bien plus profondément que la fusion normale qui se produit aujourd'hui aux dorsales médio-océaniques. Elle a probablement eu lieu en présence d'un panache mantellique géant, une colonne de roche chaude montant des profondeurs de la Terre, qui a dépouillé le manteau de ses minéraux si minutieusement que la roche restante est devenue incroyablement légère et flottante.
L'étude exclut explicitement d'autres possibilités concernant l'origine de ces roches. Les chercheurs soutiennent que ce domaine n'a pas été formé par les processus de fusion superficiels normaux qui créent le manteau appauvri du Pacifique, ni n'est simplement le résultat de la rupture des continents ou du recyclage de la croûte de surface. Les preuves chimiques montrent que les roches de l'Atlantique septentrional sont distinctes de celles formées lors de l'ouverture du bassin océanique au cours des 55 derniers millions d'années. Au contraire, les données pointent vers une histoire beaucoup plus ancienne. Le modèle indique qu'après cet ancien événement de fusion profonde, ces blocs ultra-appauvris ont coulé vers le manteau inférieur, où ils sont restés préservés pendant des centaines de millions d'années.
L'histoire de la remontée de ces roches à la surface est aussi dramatique que leur formation. L'étude propose que, durant les 50 derniers millions d'années, de nouveaux panaches mantelliques sont montés des profondeurs de la Terre, spécifiquement sous l'Islande et les Açores. À mesure que ces panaches montaient, ils ont ramassé les anciens blocs ultra-appauvris qui attendaient dans le manteau inférieur. Ces fragments anciens ont ensuite été transportés vers le haut et ont érupté sous forme de lave, ramenant l'histoire de la Terre lointaine à la surface. Cette découverte change notre compréhension de la structure interne de la planète, suggérant que le manteau n'est pas seulement un mélange de matériaux de surface recyclés et de résidus standards, mais une archive complexe contenant des domaines anciens et profonds qui ont survécu pendant près d'un milliard d'années. La présence de ces composants ultra-appauvris aide à expliquer pourquoi certaines régions volcaniques présentent des signatures chimiques aussi inhabituelles et suggère que la Terre profonde conserve les vestiges de son histoire la plus précoce et la plus violente, attendant d'être ramenée à la lumière.
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