La ringwoodite et le cycle des eaux profondes

Anh Nguyen
Lisibilité
6.7

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

L’eau des océans a parcouru de grandes distances. Elle a même passé du temps sous la surface de la Terre, piégée à l’intérieur de la ringwoodite minérale.

Les océans recouvrent 71 % de la surface de la Terre. Ils jouent un rôle important dans le cycle de l’eau (aussi appelé cycle hydrologique) qui assure la circulation de l’eau dans l’atmosphère. Mais savais-tu qu’il existe également un cycle des eaux profondes? Il décrit comment l’eau des plaques tectoniques est transportée dans le manteau de la Terre. Là, l’eau est absorbée par un minéral appelé ringwoodite. Par la suite, l’eau s’échappe de la ringwoodite et remonte à la surface en passant par l’intérieur du magma.

Représentation du cycle de l’eau
Représentation du cycle de l’eau (normaals via iStockphoto).

Qu’est-ce que la ringwoodite? Comment se forme-t-elle? 

Jusqu’à tout récemment, les scientifiques n’avaient jamais vu de ringwoodite provenant de l’intérieur de la Terre. Pour étudier ce minéral, ils devaient le synthétiser dans un laboratoire ou l’extraire de météorites. En 2014, un minuscule échantillon du minéral a été extrait de la Terre pour la première fois. Un grain a été trouvé à l’intérieur d’un diamant extrait d’une mine au Brésil. Le minuscule fragment mesurait moins de 40 micromètres de long.

Le savais-tu? 

Si tu aimes les bijoux, tu connais peut-être la pierre précieuse appelée péridot, qui est la forme gemme de l’olivine!

Le diamant provient à l’origine de la zone de transition du manteau de la Terre. La zone de transition se trouve à plusieurs centaines de kilomètres sous la surface. C’est là que des températures et pressions élevées créent de la ringwoodite à partir de l’olivine, un autre minéral.

De gauche à droite : échantillons de péridot, de ringwoodite et d’olivine
De gauche à droite : échantillons de péridot, de ringwoodite et d’olivine (Sources : Rob Lavinsky [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons, Jasperox [CC BY 3.0] via Wikimedia Commons et Aomai [CC BY 3.0] via Wikimedia Commons).

 

Connais-tu la théorie de la tectonique des plaques? Celle-ci décrit comment la surface de la Terre est constituée de plaques rocheuses. Ces plaques reposent sur le manteau. Les scientifiques pensent que l’olivine qui est devenue de la ringwoodite dans le diamant du Brésil provient d’une de ces plaques. La plaque était située au fond de l’océan. Elle a entraîné l’olivine profondément sous la surface. Elle a également apporté de l’eau de mer avec elle.

Dans la zone de transition, l’olivine a été chauffée et comprimée en ringwoodite. Finalement, un diamant s’est formé autour de la ringwoodite. Puis, un volcan a fait remonter le diamant à la surface. 

Le savais-tu? 

Des traces de ringwoodite ont été trouvées dans les pierres provenant de la pluie de météorites de Tenham.

La ringwoodite se forme dans la zone de transition puis remonte à la surface de la Terre à l’intérieur de diamants
La ringwoodite se forme dans la zone de transition puis remonte à la surface de la Terre à l’intérieur de diamants (© 2019 Parlons sciences).

 

La ringwoodite peut absorber l’eau. Mais elle ne peut pas absorber l’eau sous forme liquide, solide ou gazeuse! Des températures et pressions élevées ne se contentent pas de transformer l’olivine en ringwoodite. Elles entraînent également la séparation des molécules d’eau. Cela crée des radicaux hydroxyles (•HO). Les pores de la ringwoodite absorbent les radicaux hydroxyles. Cela emprisonne l’eau décomposée à l’intérieur de la structure moléculaire du minéral. 

Il y avait des radicaux hydroxyles dans la ringwoodite emprisonnée dans le diamant brésilien. Le poids de l’eau représentait environ 1 % du poids total de l’échantillon. Les scientifiques ont comparé cette quantité à la quantité totale de ringwoodite qui devrait se trouver dans le manteau de la Terre. Il semble que la quantité d’eaux profondes sous la surface de la planète soit à peu près égale à celle des océans!

Quel est le rôle de la ringwoodite dans le cycle des eaux profondes?

Le cycle des eaux profondes fait circuler l’eau de l’océan profondément sous la surface de la planète et la fait remonter.

L’eau est transportée sous la surface de la Terre dans des zones de subduction. La subduction se produit lorsqu’une plaque océanique glisse sous une plaque continentale. 

Sous la surface, l’eau aide à créer le magma et à former des volcans. Lorsqu’un volcan entre en éruption, le magma atteint la surface sous forme de lave.  

Cycle des eaux profondes simplifié illustrant comment l’eau se déplace dans le manteau et la croûte
Cycle des eaux profondes simplifié illustrant comment l’eau se déplace dans le manteau et la croûte (© 2019 Parlons sciences).

 

Les chercheurs ont examiné comment le magma se forme dans la zone de transition. Ils ont d’abord analysé les données sismiques relatives aux tremblements de terre et à l’activité volcanique. Ils ont ensuite synthétisé la ringwoodite dans leur laboratoire. Ils ont exposé le minéral aux mêmes températures et pressions élevées que dans la zone de transition. La ringwoodite a commencé à fondre, libérant une partie de son eau. L’eau a fait diminuer le point de fusion de la roche, ce qui a permis au magma de se former.

On ne peut pas vraiment utiliser les eaux profondes qui se trouvent sous la surface de la Terre. Mais il est important de comprendre comment l’eau se déplace de la surface vers le manteau et du manteau vers la surface. 

Le cycle des eaux profondes constitue un moyen important pour la planète de recycler son eau. Il met également en lumière la façon dont les plaques tectoniques se déplacent et dont les volcans se forment. Ces processus montrent comment l’eau, les gaz et les minéraux se déplacent continuellement entre la surface et l’intérieur de la Terre.

Le savais-tu? 

En 2018, les scientifiques ont découvert les premières molécules de H2O dans le manteau de la Terre. Les molécules ont été comprimées dans les diamants sous forme de fragments de glace d’eau appelée « glace VII ». 

Points de départ

Faire des liens

  • As-tu déjà vu ou entendu parler du minéral appelé péridot? Dans quel contexte? 
  • Boirais-tu de l’eau produite à partir de la ringwoodite? Pourquoi, ou pourquoi pas?

Faire des liens

  • As-tu déjà vu ou entendu parler du minéral appelé péridot? Dans quel contexte? 
  • Boirais-tu de l’eau produite à partir de la ringwoodite? Pourquoi, ou pourquoi pas?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Le fait que de grandes quantités d’eau soient emprisonnées dans le manteau de la Terre pourrait-il avoir une incidence sur les efforts déployés pour conserver ou protéger les sources d’eau à la surface de la Terre? Explique.
  • Penses-tu que ce genre de recherches obtiendra moins de financement parce qu’il n’est pas immédiatement avantageux sur le plan économique? Explique.
  • Penses-tu que la ringwoodite pourrait être utilisée comme source d’eau alternative dans le futur? Quels risques cela pourrait-il poser?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Le fait que de grandes quantités d’eau soient emprisonnées dans le manteau de la Terre pourrait-il avoir une incidence sur les efforts déployés pour conserver ou protéger les sources d’eau à la surface de la Terre? Explique.
  • Penses-tu que ce genre de recherches obtiendra moins de financement parce qu’il n’est pas immédiatement avantageux sur le plan économique? Explique.
  • Penses-tu que la ringwoodite pourrait être utilisée comme source d’eau alternative dans le futur? Quels risques cela pourrait-il poser?

Explorer les concepts

  • Comment la ringwoodite se forme-t-elle au sein de la Terre?
  • Comment la tectonique des plaques et les volcans influencent-ils les roches et les minéraux disponibles à la surface de la Terre?
  • Quel rôle l’eau joue-t-elle dans la fonte des roches?

Explorer les concepts

  • Comment la ringwoodite se forme-t-elle au sein de la Terre?
  • Comment la tectonique des plaques et les volcans influencent-ils les roches et les minéraux disponibles à la surface de la Terre?
  • Quel rôle l’eau joue-t-elle dans la fonte des roches?

Littératie médiatique

  • Bien que les volcans fassent naturellement partie du cycle de la roche, seuls les aspects destructeurs sont mentionnés dans les comptes rendus des médias populaires. Pourquoi penses-tu que c’est ainsi? 

Littératie médiatique

  • Bien que les volcans fassent naturellement partie du cycle de la roche, seuls les aspects destructeurs sont mentionnés dans les comptes rendus des médias populaires. Pourquoi penses-tu que c’est ainsi? 

Suggestions d'enseignement

  • Cet article peut être utilisé pour appuyer l’enseignement et l’apprentissage des sciences de la Terre, des minéraux et des matériaux de la Terre et des processus relatifs aux roches et aux minéraux, au cycle de l’eau, à l’intérieur de la Terre, aux volcans et à la tectonique des plaques. Les concepts introduits comprennent les minéraux, le péridot, le manteau, le cycle de l’eau, le magma et la lave. 
  • Avant de lire cet article, les enseignants peuvent fournir aux élèves un Aperçu du vocabulaire afin qu’ils accèdent à des connaissances antérieures et acquièrent une nouvelle terminologie. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].
  • Après avoir lu cet article, les enseignants peuvent demander aux élèves de consolider les idées maîtresses qui y sont présentées en organisant un Tournoi des idées principales. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].

Suggestions d'enseignement

  • Cet article peut être utilisé pour appuyer l’enseignement et l’apprentissage des sciences de la Terre, des minéraux et des matériaux de la Terre et des processus relatifs aux roches et aux minéraux, au cycle de l’eau, à l’intérieur de la Terre, aux volcans et à la tectonique des plaques. Les concepts introduits comprennent les minéraux, le péridot, le manteau, le cycle de l’eau, le magma et la lave. 
  • Avant de lire cet article, les enseignants peuvent fournir aux élèves un Aperçu du vocabulaire afin qu’ils accèdent à des connaissances antérieures et acquièrent une nouvelle terminologie. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].
  • Après avoir lu cet article, les enseignants peuvent demander aux élèves de consolider les idées maîtresses qui y sont présentées en organisant un Tournoi des idées principales. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].

En savoir plus

De l'eau se cache-t-elle dans le manteau terrestre? (2018) Science et vie -- Cet article explique comment le diamant JUc29 a aidé à prouver qu'une réserve d'eau colossale se trouve à l'intérieur du manteau terrestre.

À Quoi Ressemblerait un Voyage au Centre de la Terre? (2019) SYMPA -- Cette vidéo avec animation illustre les couches de notre planète, de la croûte terrestre à son centre. (10 min 34 s) 

La Terre est étonnamment spongieuse! (2018) Agence spatiale européenne -- Cet article et cette vidéo (1 min 44 s) expliquent comment les chercheurs ont étudié la composition du manteau terrestre grâce à la mesure de la gravité.

Références

Cordua, B. (2014, mai). Ringwoodite - The true story. Mindat.

Earth Observatory of Singapore. (n.d.). What is the difference between magma and lava?

Goes, S. (2018, mars 14). Subduction through the mantle transition zone: Sink or stall? European Geosciences Union Blogs

Kawazoe, T. (n.d.). High-pressure synthesis of deep mantle minerals. Hiroshima University.

Lovett, R. A. (2014, mars 12). Tiny diamond impurity reveals water riches of deep Earth. Nature.

Water Encyclopedia. (n.d.). Volcanoes and water.