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Des chercheurs découvrent une « usine de diamants » au plus profond de la Terre

Des chercheurs découvrent une « usine de diamants » au plus profond de la Terre

Les scientifiques ont découvert qu’il existe beaucoup plus de carbone dans le manteau que prévu.

Les chercheurs trouvent de la rouille et des diamants à la frontière noyau-manteau de la Terre.

À la surface de la Terre, l’acier rouille à cause de l’eau et de l’air. Mais qu’en est-il au plus profond de l’intérieur de la Terre ?

Le plus grand stockage de carbone sur Terre est le noyau terrestre, où 90 % du carbone est enfoui. Les scientifiques ont montré que la croûte océanique, qui repose sur des plaques tectoniques et tombe à l’intérieur, contient des minéraux hydratés et peut parfois atteindre la frontière entre le noyau et le manteau. À la frontière noyau-manteau, la température est au moins deux fois supérieure à celle de la lave et est suffisamment élevée pour permettre à l’eau de s’échapper des minéraux hydratés. En conséquence, une réaction chimique comparable à la rouille de l’acier pourrait se produire près de la frontière noyau-manteau de la Terre.

Byeongkwan Ko, un récent doctorat. diplômer de Université de l’État d’Arizona, et ses collègues ont récemment publié leurs découvertes sur la limite noyau-manteau dans la revue Geophysical Research Letters. Ils ont mené des expériences à l’Advanced Photon Source au Laboratoire National d’Argonnecomprimant et chauffant de l’eau et un fer-carbone

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Un mélange de deux éléments métalliques généralement utilisé pour donner une plus grande résistance ou une plus grande résistance à la corrosion.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>alliage[{“attribute=””>alloy à des conditions similaires à celles de la frontière noyau-manteau de la Terre, faisant fondre l’alliage fer-carbone.

Fabrique de diamants

L’alliage fer-carbone a réagi avec l’eau dans des conditions de haute pression et de haute température liées au manteau profond de la Terre dans une cellule à enclume de diamant. Crédit : Université d’État de l’Arizona

Les scientifiques ont découvert que l’eau et le métal réagissent pour former des oxydes de fer et des hydroxydes de fer, tout comme la rouille à la surface de la Terre. Cependant, ils ont observé qu’aux conditions aux limites cœur-manteau, le carbone se sépare de l’alliage fer-métal liquide et forme des diamants.

“La température à la frontière entre le manteau de silicate et le noyau métallique à 3 000 km de profondeur atteint environ 7 000 F, ce qui est suffisamment élevé pour que la plupart des minéraux perdent H2O capturé dans leurs structures à l’échelle atomique”, a déclaré Dan Shim, professeur à l’école ASU. de l’Exploration de la Terre et de l’Espace. “En fait, la température est suffisamment élevée pour que certains minéraux fondent dans de telles conditions.”

Parce que le carbone est un élément qui aime le fer, on s’attend à ce qu’une quantité importante de carbone existe dans le noyau, tandis que l’on pense que le manteau contient relativement peu de carbone. Cependant, les scientifiques ont découvert qu’il existe beaucoup plus de carbone dans le manteau que prévu.

“Aux pressions attendues pour la frontière noyau-manteau de la Terre, l’alliage d’hydrogène avec du fer métallique liquide semble réduire la solubilité d’autres éléments légers dans le noyau”, a déclaré Shim. “Par conséquent, la solubilité du carbone, qui existe probablement dans le noyau de la Terre, diminue localement là où l’hydrogène pénètre dans le noyau à partir du manteau (par déshydratation). La forme stable du carbone dans les conditions de pression-température de la frontière noyau-manteau de la Terre est le diamant. Ainsi, le carbone s’échappant du noyau externe liquide deviendrait du diamant lorsqu’il entrerait dans le manteau.

“Le carbone est un élément essentiel à la vie et joue un rôle important dans de nombreux processus géologiques”, a déclaré Ko. « La nouvelle découverte d’un mécanisme de transfert du carbone du noyau vers le manteau éclairera la compréhension du cycle du carbone dans l’intérieur profond de la Terre. C’est encore plus excitant étant donné que la formation de diamants à la frontière noyau-manteau pourrait avoir duré des milliards d’années depuis le début de la subduction sur la planète.

La nouvelle étude de Ko montre que le carbone s’échappant du noyau vers le manteau par ce processus de formation de diamants peut fournir suffisamment de carbone pour expliquer les quantités élevées de carbone dans le manteau. Ko et ses collaborateurs ont également prédit que des structures riches en diamants peuvent exister à la limite noyau-manteau et que des études sismiques pourraient détecter les structures car les ondes sismiques devraient se déplacer à une vitesse inhabituelle pour les structures.

“La raison pour laquelle les ondes sismiques devraient se propager exceptionnellement rapidement à travers les structures riches en diamants à la frontière noyau-manteau est que les diamants sont extrêmement incompressibles et moins denses que les autres matériaux à la frontière noyau-manteau”, a déclaré Shim.

Ko et l’équipe continueront d’étudier comment la réaction peut également modifier la concentration d’autres éléments légers dans le noyau, tels que le silicium, le soufre et l’oxygène, et comment ces changements peuvent avoir un impact sur la minéralogie du manteau profond.

Référence : “Water-Induced Diamond Formation at Earth’s Core-Mantle Boundary” par Byeongkwan Ko, Stella Chariton, Vitali Prakapenka, Bin Chen, Edward J. Garnero, Mingming Li et Sang-Heon Shim, 11 août 2022, Lettres de recherche géophysique.
DOI : 10.1029/2022GL098271

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