L'eau se produit naturellement jusqu'à au moins 250 miles sous la surface de la Terre, selon une étude publiée dans Science la semaine dernière par des chercheurs de l'Université de Chicago et d'autres. La découverte, qui repose sur des faisceaux de rayons X extrêmement brillants de la source de photons avancée du Laboratoire national d'Argonne, pourrait changer notre compréhension de la façon dont l'eau circule profondément dans le manteau terrestre et comment la chaleur s'échappe des régions inférieures de notre planète.
Les chercheurs ont identifié une forme d'eau connue sous le nom de Ice-VII , qui était piégée dans des diamants cristallisés profondément dans le manteau terrestre. C'est la première fois que Ice-VII est découvert dans un échantillon naturel, faisant du composé un nouveau minéral accepté par l'Association minéralogique internationale.
L'étude est la dernière d'une longue série de projets de recherche à l' Advanced Photon Source , une installation massive de rayons X utilisée par des milliers de chercheurs chaque année, qui a fait la lumière sur la composition et la composition de la Terre profonde. Les humains ne peuvent pas explorer ces régions directement, c'est pourquoi la source de photons avancée leur permet d'utiliser des faisceaux de rayons X de haute puissance pour analyser les inclusions dans les diamants formés dans les profondeurs de la Terre.
‘Nous nous intéressons à ces inclusions car elles nous renseignent sur la composition chimique et les conditions de la Terre profonde lors de la formation du diamant’, a déclaré Antonio Lanzirotti, professeur agrégé de recherche à UChicago et co-auteur de l'étude.
Dans ce cas, les chercheurs ont analysé des diamants bruts non taillés extraits de régions de Chine et d'Afrique. À l'aide d'un microscope optique, les minéralogistes ont d'abord identifié les inclusions, ou impuretés, qui doivent s'être formées lors de la cristallisation du diamant. Mais pour identifier avec certitude la composition de ces inclusions, les minéralogistes avaient besoin d'un instrument plus puissant : les lignes de faisceau de GeoSoilEnviroCARS de l'Université de Chicago à l'Advanced Photon Source.
Grâce à la très haute luminosité des rayons X, qui sont un milliard de fois plus intenses que les appareils à rayons X typiques, les scientifiques peuvent déterminer la composition moléculaire ou atomique d'échantillons qui ne mesurent que quelques micromètres de diamètre. Lorsque le faisceau de rayons X frappe les molécules de l'échantillon, elles se dispersent en motifs uniques qui révèlent leur composition moléculaire.
Ce que l'équipe a identifié était surprenant : de l'eau, sous forme de glace.
La composition de l'eau est la même que celle que nous buvons et utilisons tous les jours, mais sous une forme cristalline cubique, résultat de la pression extrêmement élevée du diamant.
Cette forme d'eau, Ice-VII, a été créée en laboratoire il y a des décennies, mais cette étude a été la première à confirmer qu'elle se forme aussi naturellement. En raison de la pression requise pour que les diamants se forment, les scientifiques savent que ces spécimens se sont formés entre 410 et 660 kilomètres (250 à 410 miles) sous la surface de la Terre.
Les chercheurs ont déclaré que l'importance de l'étude est profonde car elle montre que l'eau qui coule est présente beaucoup plus profondément sous la surface de la Terre qu'on ne le pensait à l'origine. À l'avenir, les résultats soulèvent un certain nombre de questions importantes sur la façon dont l'eau est recyclée dans la Terre et comment la chaleur circule. Oliver Tschauner, l'auteur principal de l'étude et minéralogiste à l'Université du Nevada à Las Vegas, a déclaré que la découverte peut aider les scientifiques à créer de nouveaux modèles plus précis de ce qui se passe à l'intérieur de la Terre, en particulier comment et où la chaleur est générée sous la Terre. croûte. Cela peut aider les scientifiques à mieux comprendre l'un des mécanismes moteurs de la tectonique des plaques.
‘Ce n'était pas facile à trouver’, a déclaré Vitali Prakapenka, professeur de recherche à UChicago et co-auteur de l'étude. ‘Les gens recherchent ce type d'inclusion depuis longtemps.’
Pour l'instant, l'équipe se demande si le minéral Ice-VII sera renommé, maintenant qu'il est officiellement un minéral. Ce n'est pas le premier minéral à être identifié grâce aux recherches effectuées sur les lignes de lumière Advanced Photon Source GSECARS : la Bridgmanite , le minéral le plus abondant sur Terre et une forme à haute densité de silicate de fer et de magnésium, y a fait l'objet de recherches approfondies avant d'être nommée. Tschauner était également l'un des principaux auteurs de cette étude.
‘Dans cette étude, grâce aux incroyables capacités techniques de l'Advanced Photon Source, cette équipe de chercheurs a pu localiser et étudier la zone exacte sur les diamants qui a piégé l'eau’, a déclaré Stephen Streiffer, directeur associé du laboratoire Argonne pour les sciences photoniques. et directeur de l'Advanced Photon Source. « Cette zone ne faisait que quelques microns de large. Pour mettre cela en contexte, un cheveu humain mesure environ 75 microns de large.
‘Cette recherche, rendue possible par des partenaires de l'Université de Chicago et de l'Université du Nevada à Las Vegas, entre autres institutions, n'est que le dernier exemple de la façon dont l'APS est un outil vital pour les chercheurs de toutes les disciplines scientifiques’, a-t-il déclaré.
Les autres co-auteurs de GSECARS sont Eran Greenberg, Dongzhou Zhang et Matt Newville.
En plus de l'Université de Chicago et de l'UNLV, d'autres institutions citées dans l'étude comprennent le California Institute of Technology, l'Université chinoise des géosciences, l'Université d'Hawaï à Manoa et le Musée royal de l'Ontario à Toronto. Des données ont également été recueillies par l'équipe d'accès collaboratif à haute pression du Carnegie Institute de Washington à la source de photons avancée et à la source de lumière avancée du SLAC National Accelerator Laboratory.