La découverte accidentelle des profondeurs océaniques modifie notre compréhension de la Terre

Étudier un rocher, c’est comme lire un livre. La roche a une histoire à raconter, explique Frieder Klein, scientifique associé au département de chimie et géochimie marines de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

Les roches que Klein et ses collègues ont analysées sur les flancs submergés de l’archipel de Saint-Pierre et Saint-Paul dans la faille transformée océanique de Saint-Paul, à environ 500 km au large des côtes du Brésil, racontent une histoire fascinante et jusqu’alors inconnue sur des parties de le cycle géologique du carbone.

Les failles transformantes, où les plaques tectoniques se croisent, constituent l’une des trois principales limites de plaques sur Terre et s’étendent sur environ 48 000 km de longueur à l’échelle mondiale, les autres étant le système mondial de dorsales médio-océaniques (environ 65 000 km) et les zones de subduction (environ 55 000 km). km).

Le rôle des défauts de transformation dans le cycle du carbone

Le cycle du carbone au niveau des dorsales médio-océaniques et des zones de subduction est étudié depuis des décennies. En revanche, les scientifiques ont accordé relativement peu d’attention au CO₂ dans les failles de transformation océaniques. Les failles transformantes ont été considérées pendant un certain temps comme des endroits « quelque peu ennuyeux » en raison de la faible activité magmatique qui y règne, explique Klein. « Ce que nous avons maintenant compris, c’est que les roches du manteau qui sont exposées le long de ces failles de transformation océanique représentent un vaste puits potentiellement pour le CO », dit-il.

La fonte partielle du manteau libère du CO₂ qui est entraîné dans le fluide hydrothermal, réagit avec le manteau plus proche du fond marin et y est capturé.

Il s’agit d’une partie du cycle géologique du carbone qui n’était pas connue auparavant », explique Klein, auteur principal d’une nouvelle étude publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS). Parce que les failles transformantes n’ont pas été prises en compte dans les estimations précédentes du CO géologique mondial₂ flux, le transfert de masse du CO magmatique₂ à l’altération du manteau océanique et à l’eau de mer pourrait être plus grande qu’on ne le pensait auparavant.

Émissions géologiques et climat

« La quantité de CO₂ émise au niveau des failles transformantes est négligeable par rapport à la quantité de CO anthropique – ou d’origine humaine₂« , dit Klein. « Cependant, à l’échelle géologique et avant que les humains n’émettent autant de CO₂les émissions géologiques du manteau terrestre – y compris celles dues aux failles de transformation – ont été un moteur majeur du climat terrestre.

Comme l’indique le document, « le CO anthropique mondial₂ les émissions sont estimées à l’ordre de 36 gigatonnes (Gt) par an, ce qui éclipse les estimations des émissions géologiques moyennes (0,26 Gt par an) dans l’atmosphère et l’hydrosphère. Pourtant, sur des échelles de temps géologiques, les émissions de CO₂ provenant du manteau terrestre ont joué un rôle essentiel dans la régulation du climat et de l’habitabilité de la Terre, ainsi que de la concentration de C (carbone) dans les réservoirs de surface, notamment les océans, l’atmosphère et la lithosphère. Klein ajoute que « c’est avant la combustion anthropique des combustibles fossiles, bien sûr ».

Comprendre le changement climatique grâce aux études géologiques

« Afin de comprendre pleinement le changement climatique d’origine humaine moderne, nous devons comprendre les fluctuations climatiques naturelles du passé profond de la Terre, qui sont liées aux perturbations du cycle naturel du carbone de la Terre. Nos travaux fournissent des informations sur les flux de carbone à long terme entre le manteau terrestre et le système océan/atmosphère », explique le co-auteur Tim Schroeder, membre du corps professoral du Bennington College, Vermont. « Des changements importants dans ces flux de carbone sur des millions d’années ont rendu le climat de la Terre beaucoup plus chaud ou plus froid qu’il ne l’est aujourd’hui. »

Pour mieux comprendre le cycle du carbone entre le manteau terrestre et l’océan, Klein, Schroeder et leurs collègues ont étudié la formation de stéatite « et d’autres assemblages contenant de la magnésite lors de la carbonatation minérale de la péridotite du manteau » dans la faille transformée de Saint-Paul, note le document. « Alimentée par le magmatisme dans ou sous la zone racinaire de la faille transformante et par le dégazage ultérieur, la faille constitue un conduit pour le CO.₂-fluides hydrothermaux riches, tandis que la carbonatation de la péridotite représente un puits potentiellement vaste pour le CO émis₂.»

Les chercheurs affirment dans l’article que « la combinaison de faibles degrés de fusion, qui génère des matières fondues enrichies en éléments incompatibles, en substances volatiles et en particulier en CO₂et la présence de péridotite au niveau des failles de transformation océaniques crée des conditions propices à une carbonatation minérale étendue.

Les roches ont été collectées à l’aide de véhicules occupés par des humains lors d’une croisière dans la région en 2017.

Trouver et analyser ces roches « était un rêve devenu réalité. Nous avions prédit la présence de roches du manteau océanique altérées par les carbonates il y a 12 ans, mais nous ne les avons trouvées nulle part », explique Klein. « Nous sommes allés dans l’archipel pour explorer l’activité hydrothermale à basse température, et nous n’avons lamentablement pas réussi à y trouver une telle activité. C’était incroyable que nous ayons pu trouver ces roches dans une faille transformante, car nous les avons trouvées par hasard en cherchant autre chose.

Le financement de cette recherche a été assuré par la Dalio Ocean Initiative, le programme indépendant de recherche et de développement de WHOI et la National Science Foundation.