Les diamants formés dans le manteau inférieur de la Terre contiennent de minuscules taches de minéraux qui nous aident à comprendre le fonctionnement interne de notre planète
Un diamant de profondément à l'intérieur de la Terre
Je plisse les yeux sur un diamant dans la paume de ma main. Au fur et à mesure que les joyaux vont, ce n'est rien de spécial: plus petit qu'un grain de riz et plein d'impuretés, cela rapporterait un mauvais prix. Mais pour des chercheurs comme Nester Korolev, ces impuretés sont inestimables pour les informations qu'ils révèlent sur les processus géologiques au plus profond de la Terre – d'autant plus que certains d'entre eux ressemblent à tout ce que nous avons rencontré auparavant. «J'espère que nous découvrirons un nouveau minéral», dit-il.
Ce diamant particulier s'est formé à environ 600 kilomètres sous la surface, «près de la frontière entre le manteau supérieur et le manteau inférieur», explique Korolev, géologue de l'American Museum of Natural History à New York. Cela en fait parmi les objets les plus profonds qui ont retrouvé leur chemin vers la surface de la planète et entre les mains des géologues.
Korolev et ses collègues du musée utilisent des diamants super profonds aussi rares pour étudier directement le matériau qui constitue l'intérieur de la Terre – un domaine souterrain que nous en savons encore étonnamment peu. Les travaux pourraient révéler de nouvelles informations importantes, telles que la quantité d'eau transportée au manteau inférieur lorsque des dalles de croûte rocheuse de la Terre sont traînées dans l'intérieur de la planète aux zones de subduction. Nous pourrions même apprendre comment, ou si, cette eau profonde influence le comportement des plaques tectoniques de la Terre.
Je suis dans le laboratoire d'imagerie tout usage du musée, à quelques étages au-dessus des galeries publiques faisant écho aux sons des écoliers qui gawking Tyrannosaurus Rex et la baleine bleue du modèle. Dans le calme relatif du laboratoire, Korolev attache le diamant de ma main avec une paire de pincettes pour la situer sous un microscope. Après quelques secondes, une image agrandie du cristal apparaît sur un moniteur à proximité, révélant des taches dorées de minéraux profondément formés logés parmi les facettes transparentes du diamant.
Les diamants ne sont pas la seule vue que nous avons à l'intérieur profond de la Terre. Nous pouvons l'imaginer dans une certaine mesure en étudiant le comportement des ondes sismiques passant par la planète, tandis que les expériences à haute pression dans le laboratoire et les modèles informatiques peuvent simuler des conditions loin sous terre. Nous avons également des xénolithes, qui sont des roches crachées par des volcans qui échantillonnent les 250 kilomètres les plus hauts du manteau. Mais seuls les diamants sont suffisamment forts pour maintenir leur structure cristalline – ainsi que la structure des minéraux piégés à l'intérieur – à travers les changements extrêmes de pression et de température rencontrés en route des régions plus profondes à la surface.
Exactement comment ces diamants profonds font ce voyage reste énigmatique. «C'est une question dont beaucoup de chercheurs se brisent le cerveau», explique Kate Kiseeva, pétologue au musée et conseiller de Korolev. Son hypothèse préférée est que les diamants sont transportés vers le haut avec du matériel de convection dans le manteau inférieur, prenant des centaines de millions d'années pour atteindre les racines rocheuses des continents. À partir de là, ils peuvent être éteints à la surface via des volcans de kimberlite profondément enracinés. Une théorie alternative est que les diamants sont transportés à la base des kimberlites dans des colonnes de roche chaude et flottante connue sous le nom de panaches de manteau.
Bien que la forme et la composition de ces diamants offrent des informations sur leur origine, les chercheurs sont les plus intéressés par les poches des minéraux et des fluides – inclusions – capturées dans la matrice de carbone du diamant. Le diamant au microscope a été sécurisé à partir d'une mine au Brésil et fourni aux chercheurs par un collaborateur. Nous savons qu'il s'est formé dans le manteau inférieur car il contient des inclusions d'un minéral de pérovskite silicate appelé davemaoite qui ne se produit qu'à de telles profondeurs. Le Mystery Mineral pourrait en révéler plus sur les conditions jusqu'à présent sous le sol.
Pour découvrir si elle le peut, les géologues ont déjà envoyé un fragment du minuscule diamant en France, où il est maintenant bombardé de puissantes rayons X synchrotron pour déterminer la structure cristalline précise du mystère.
Les résultats ne sont pas encore là, mais ce ne serait pas le premier nouveau minéral découvert dans un diamant. Dans une étude précédente, Korolev et ses collègues ont analysé un diamant d'Afrique du Sud et ont identifié une forme de silicate de calcium qui n'avait jamais été rencontré dans la nature, même si des preuves expérimentales indiquent qu'il s'agit de l'un des minéraux les plus abondants à l'intérieur de la Terre. La présence de ce minéral de silicate de calcium a également servi de preuve directe que les dalles de croûte océanique subduites à la surface descendent vraiment jusqu'au manteau inférieur.
Avec les nouvelles inclusions, les chercheurs visent désormais à obtenir de meilleurs chiffres sur la quantité d'eau ces dalles de croûte océanique transportent le manteau inférieur. Cela dépend de la structure cristalline précise des nouveaux minéraux formés lorsque la croûte océanique atteint la zone de transition entre le manteau supérieur et inférieur, et est transformé par la pression et la chaleur. «Nous ne savons pas très bien et ne pouvons pas estimer le sort de l'eau dans le manteau inférieur, car actuellement nous n'avons pas d'inclusions vierges de tous les minéraux de cette région», explique Korolev.
Une image plus claire de ce cycle en eau profonde, à son tour, se connecte à une «centaine de questions» sur la terre profonde, de la quantité d'eau présente après la formation de la planète à la question controversée de la façon dont la tectonique des plaques a commencé, explique Kiseeva. «Nous avons très peu de preuves directes des profondeurs», dit-elle. Ils ont juste besoin de mettre la main sur quelques diamants supplémentaires.
