Une étude révolutionnaire révèle que l'eau de la surface de la Terre atteint le noyau, modifiant sa composition et suggérant des interactions plus actives entre le noyau et le manteau ainsi qu'un cycle mondial de l'eau plus complexe. Il y a plusieurs dizaines d’années, des sismologues qui ont photographié des parties profondes de la Terre ont découvert une fine couche d’eau de seulement quelques centaines de kilomètres d’épaisseur. Jusqu’à présent, l’origine de cette fine couche, connue sous le nom d’« éosphère », restait un mystère.

Illustration montrant des cristaux de silicium s'écoulant d'un métal liquide dans le noyau externe de la Terre en raison de réactions chimiques provoquées par l'eau. Source : DanShim/Université de l'Académie nationale des sciences

Une équipe internationale de chercheurs, comprenant les scientifiques Dan Shim et Taehyun Kim de l'Arizona State University, ainsi que Joseph O'Rourke de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace, a révélé que l'eau de la surface de la Terre peut pénétrer profondément dans la planète, modifiant la composition de la région la plus externe du noyau liquide métallique, formant une fine couche unique.

Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue Nature Geoscience le 13 novembre.

Les recherches montrent qu'au fil des milliards d'années, les eaux de surface ont été transportées profondément dans la Terre par la descente ou la subduction des plaques tectoniques. En atteignant la limite noyau-manteau, à environ 1 800 milles sous la surface, cette eau déclenche de profonds processus chimiques qui modifient la structure du noyau.

Diagramme schématique de l'intérieur de la Terre montrant la subduction de l'eau et la montée des colonnes de magma. À l'interface entre l'eau subduite et le noyau, un échange chimique se produit, formant une couche riche en hydrogène dans le noyau externe supérieur et de la silice dense au bas du manteau. Source : Université Yonsei

Interactions chimiques à la limite noyau-manteau

Shim et son équipe, ainsi que YongJae Lee de l'Université Yonsei de Corée du Sud, ont utilisé des expériences à haute pression pour démontrer que l'eau de subduction réagit chimiquement avec les matériaux du noyau terrestre. Cette réaction forme une couche riche en hydrogène et pauvre en silicium qui transforme la région supérieure externe du noyau en une structure semblable à un film. De plus, les cristaux de silice produits par la réaction montent et fusionnent dans le manteau. Cette couche modifiée de métal liquide devrait être moins dense et réduire les vitesses sismiques, ce qui est cohérent avec les caractéristiques inhabituelles cartographiées par les sismologues.

"Pendant de nombreuses années, on pensait que l'échange de matière entre le noyau et le manteau était faible. Cependant, nos récentes expériences à haute pression ont révélé une histoire différente. Nous avons constaté que lorsque l'eau atteint la limite noyau-manteau, elle réagit avec le silicium présent dans le noyau pour former de la silice." Cette découverte, ainsi que notre observation précédente de la réaction de l'eau avec le carbone du fer en fusion pour former des diamants à une pression extrême, suggère que l'interaction entre le noyau et le manteau est plus active, indiquant un échange de matière important.

Cette découverte fait progresser notre compréhension des processus internes de la Terre et montre que le cycle mondial de l'eau est plus étendu qu'on ne le pensait auparavant. Le « film » altéré du noyau a de profondes conséquences sur les cycles géochimiques reliant la circulation des eaux de surface au noyau métallique profond.