Selon une nouvelle étude sismique, unique en son genre, les mouvements des plaques tectoniques sous l’océan entraînent environ trois fois plus d’eau à l’intérieur de la Terre qu’on ne le pensait auparavant.

Des chercheurs de l’Université de Washington, à Saint-Louis (USA) ont constaté des conséquences importantes quant au cycle mondial de l’eau. « Les gens savaient que les zones de subduction pourraient faire baisser le niveau de l’eau, mais ils ne savaient pas à quel point », a déclaré Chen Cai, qui vient de terminer ses études de doctorat à l’Université de Washington. Cai est le premier auteur de l’étude publiée dans la revue Nature, le 15 novembre dernier.

À savoir que la subduction est le processus par lequel une plaque tectonique océanique s’incurve et plonge sous une autre plaque, avant de s’enfoncer dans le manteau terrestre. « Cette recherche montre que les zones de subduction déplacent beaucoup plus d’eau qu’on ne le pensait dans les profondeurs de la Terre », a déclaré Candace Major, directrice du programme, à la Division des sciences de l’océan (OCE) de la National Science Foundation, qui a financé l’étude. « Ces résultats soulignent le rôle important des zones de subduction dans le cycle de l’eau de la Terre », ajoute Major.

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« Les estimations précédentes varient considérablement en ce qui concerne la quantité d’eau subduite à plus de 60 km », a déclaré Douglas A. Wiens, professeur en sciences de la Terre et des planètes et conseiller de recherche de Cai pour cette étude. « La principale source d’incertitude dans ces calculs était la teneur en eau initiale du manteau supérieur en subduction », a-t-il ajouté.

Afin de mener cette étude à bien, les chercheurs ont écouté et analysé les grondements (du bruit ambiant, aux séismes réels) de la Terre pendant plus d’un an, à l’aide d’un réseau de 19 sismographes passifs situés au fond de l’océan, dans la fosse des Mariannes, ainsi que de sept sismographes insulaires.

C’est dans la tranchée que la plaque de l’océan Pacifique occidental glisse sous la plaque des Mariannes et s’enfonce profondément dans le manteau de la Terre, lorsque les plaques convergent lentement.

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Localisation de la Fosse des Mariannes. Crédits : Kmusser

À présent, les nouvelles observations sismiques nous montrent un tableau plus nuancé de la plaque océanique qui s’inflexe dans la tranchée, permettant aux chercheurs de mieux étudier sa structure tridimensionnelle et les vitesses relatives aux types de roches, ayant différentes capacités de rétention d’eau. En effet, la roche peut s’accrocher à l’eau et la retenir de différentes manières. L’eau de mer au sommet de la plaque s’écoule dans la croûte terrestre et le manteau supérieur le long des lignes de faille, qui lient la zone où les plaques se rencontrent. Ensuite, cette eau est littéralement piégée.

Dans certaines conditions de température et de pression, des réactions chimiques forcent l’eau à prendre une forme non liquide, celle de minéraux hydratés (roches humides) qui bloquent l’eau dans la roche de la plaque géologique. Pendant tout ce temps, la plaque continue de s’enfoncer de plus en plus profondément dans le manteau terrestre, entraînant l’eau avec elle.

Des études antérieures menées dans des zones de subduction telles que la Fosse des Mariannes ont montré que les plaques de subduction pouvaient contenir de l’eau. Cependant, ces anciennes recherches n’avaient pas réussi à déterminer la quantité d’eau concernée, ni les profondeurs qu’elles pouvaient atteindre.

« Les conventions précédentes étaient basées sur des études de sources actives, qui ne peuvent montrer que des 5 à 6 kilomètres de haut, dans la plaque entrante », a déclaré Cai. Ce dernier faisait référence à un type d’étude sismique qui utilise des ondes sonores créées par le tir d’un canon à air comprimé à bord d’un navire de recherche océanographique, pour créer une image de la structure rocheuse souterraine.

« Ils ne pouvaient pas être très précis sur son épaisseur, ou pour déterminer comment elle était hydratée », a déclaré Cai. « Notre étude tente de limiter cela. Si l’eau peut pénétrer plus profondément dans la plaque, elle peut y rester et être amenée à des profondeurs plus extrêmes encore », a ajouté Cai.

Une partie importante du cycle de l’eau de la Terre. Les images sismiques obtenues par Cai et Wiens démontrent que la zone de roche hydratée de la Fosse des Mariannes s’étend sur près de 32 kilomètres au-dessous du fond de la mer : ce qui est bien plus profond que ce que l’on pensait auparavant.

En effet, la quantité d’eau pouvant être retenue dans un bloc de roche hydratée de ce type est considérable ! Pour la seule région de la Fosse des Mariannes, quatre fois plus de sous-conduits d’eau que ce qui avait été calculé précédemment ont été découverts.

Ces caractéristiques peuvent être extrapolées pour prédire les conditions dans d’autres tranchées océaniques à travers le monde. « Si d’autres plaques anciennes, soumises à une subduction froide, contiennent des couches d’épaisseur similaire de manteau hydraté, les estimations du flux global d’eau dans le manteau à des profondeurs supérieures à 95 kilomètres, doivent être multipliées par trois », a déclaré Wiens.

Bien entendu, quant à l’eau qui se trouve à l’intérieur de la planète, fatalement, elle devra en ressortir. Au cours du temps géologique, les niveaux de la mer sont restés relativement stables, variant de moins de 300 mètres. Cela signifie que toute l’eau qui descend dans la Terre par le biais de ces zones de subduction, doit remonter d’une manière ou d’une autre et ne pas s’accumuler continuellement à l’intérieur de la Terre. Les scientifiques pensent que la plus grande partie de l’eau qui se retrouve dans la tranchée, revient de la Terre dans l’atmosphère sous forme de vapeur d’eau, lorsque des volcans entrent en éruption.

Cependant, avec ces estimations révisées de l’eau, grâce aux données de la nouvelle étude, la quantité d’eau entrant dans la Terre semble largement dépasser la quantité d’eau qui en sort. « Les estimations de la quantité d’eau sortant de l’arc volcanique sont probablement très incertaines », a déclaré Wiens, qui espère vivement que cette étude encouragera d’autres chercheurs à reconsidérer leurs modèles de retour de l’eau de la Terre.

Au-delà de la Fosse des Mariannes, Wiens et une équipe de scientifiques ont récemment déployé un réseau sismique similaire, au large des côtes de l’Alaska, afin d’examiner la manière dont l’eau s’écoule dans la Terre : « La quantité d’eau varie-t-elle considérablement d’une zone de subduction à une autre ? », se questionne Wiens. Selon le chercheur, il y a eu des suggestions à ce sujet en Alaska et en Amérique centrale. Mais pour le moment, personne n’a encore examiné la structure la plus profonde, « comme nous avons pu le faire dans la Fosse des Mariannes », a ajouté Wiens.

Source : Nature

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