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Les diamants les plus rares de la Terre se forment à partir du carbone primordial dans le manteau

Le cycle du carbone de la planète peut ne pas aller aussi loin que les scientifiques l'ont pensé

Source : SCIENCENEWS.ORG

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La plupart des diamants sont faits de carbone recyclé encore et encore entre la surface de la Terre et sa croûte. Mais les diamants aux origines les plus profondes - comme le célèbre diamant Hope - sont constitués de carbone provenant d'une source distincte: un ancien réservoir récemment découvert caché dans le manteau inférieur de la Terre, rapportent les scientifiques le 10 septembre dans Nature .

Les indices chimiques contenus dans ces diamants super profonds suggèrent qu'il existe une limite jusqu'alors inconnue à la profondeur du cycle du carbone terrestre. Comprendre cette partie du cycle du carbone - comment et où le carbone entre et sort de l'intérieur et de l'extérieur de la planète - peut aider les scientifiques à comprendre les changements du climat de la planète sur des éons, disent les chercheurs.

Les diamants se forment à différentes profondeurs avant de se frayer un chemin vers la surface où ils sont exhumés. «La plupart des diamants que les gens connaissent proviennent des 250 kilomètres supérieurs de la planète», déclare Margo Regier, géochimiste à l'Université de l'Alberta à Edmonton. Les diamants «super profonds» proviennent d'au moins 250 kilomètres sous terre, et «ils sont vraiment assez rares», dit Regier. Mais les plus rares de tous sont les diamants qui se forment jusqu'à 700 kilomètres plus bas, dans le manteau inférieur.

«Souvent, ce sont les plus gros que vous puissiez trouver, comme le Hope Diamond», dit Regier. Ces diamants les plus profonds et les plus précieux sont également d'une valeur scientifique inestimable, offrant une rare fenêtre sur le manteau inférieur. Par exemple, de minuscules imperfections préservées dans certains des diamants contiennent des trésors géologiques: la forme d'eau la plus profonde connue à l'intérieur de la Terre , ou même certains des matériaux les plus anciens préservés de la planète ( SN: 3/8/18 ; SN: 8/15 / 19 ).

La source du carbone dans ces diamants les plus profonds a été un mystère, mais les scientifiques se sont demandé si elle provenait de la subduction des plaques tectoniques de la Terre. Lorsqu'une plaque glisse sous une autre et s'enfonce dans le manteau, elle transporte le carbone de la surface vers l'intérieur, élément clé du cycle du carbone. Une partie du carbone retourne finalement à la surface, via des volcans en éruption ou sous forme de diamants, tandis que d'autres sont séquestrées dans la croûte profonde ou le manteau supérieur. La séquestration du carbone par subduction a peut-être joué un rôle clé dans la création d'espace pour que l'oxygène s'accumule dans l'atmosphère terrestre, ouvrant la voie au grand événement d'oxydation il y a environ 2,3 milliards d'années ( SN: 2/6/17 ).

Les diamants et leurs inclusions - de minuscules éclats de roche qui s'incrustent dans les structures cristallines à mesure que les diamants se forment - fournissent des indices étincelants sur les environnements dans lesquels ils se sont formés. Regier et ses collègues ont donc examiné les diamants qui se sont formés dans la croûte, le manteau supérieur et le manteau inférieur, à la recherche des traces chimiques de la croûte subductée. Pour ce faire, l'équipe a analysé les isotopes - différentes formes d'un élément - du carbone et de l'azote dans les diamants, ainsi que les isotopes de l'oxygène dans les inclusions.

Les quantités relatives de ces formes élémentaires indiquent la composition chimique du magma dans lequel les diamants ont cristallisé. Par exemple, les diamants qui se sont formés dans la croûte et le manteau supérieur avaient des inclusions enrichies en oxygène-18 - suggérant que les pierres précieuses se sont cristallisées à partir du magma formé à partir de la croûte océanique subductée.

«Tous les isotopes racontent la même histoire d'une manière différente», dit Regier. «Le carbone, l'azote et l'oxygène, ils disent tous que les dalles de subduction sont capables de transporter du carbone et des éléments similaires à une profondeur similaire dans le manteau. Mais à environ 500 à 600 kilomètres de profondeur, la majeure partie de ce carbone est perdue par le magma »qui remonte à la surface, dit-elle. «Après cela, les dalles sont relativement appauvries en carbone.»

La composition chimique des diamants de plus de 660 kilomètres était sensiblement différente de celle des diamants moins profonds. Celles-ci «se forment d'une manière différente, à partir du carbone déjà stocké dans le manteau», dit Regier. «Les échantillons les plus profonds doivent avoir été [faits de] carbone primordial qui ne s'est jamais échappé de la planète.»

La découverte suggère également une limite à la profondeur à laquelle le carbone de la surface peut être enfoui à l'intérieur de la planète. Une implication de cela, dit Regier, est que cela remet en question si la subduction a pu enterrer le carbone profondément et suffisamment longtemps pour être une force motrice derrière le grand événement d'oxydation.

Mais les dalles de subduction n'ont pas besoin de transporter le carbone jusqu'au manteau inférieur pour le séquestrer ou d'avoir un impact profond sur le climat de la Terre, explique Megan Duncan, pétrologue chez Virginia Tech à Blacksburg. «Le carbone n'a pas besoin de descendre aussi loin», dit Duncan. «Il suffit de l'enlever de la surface pour avoir cet effet d'augmentation de l'oxygène.»

Le lien entre la subduction et la montée de l'oxygène sur la Terre ancienne est toujours une question ouverte, reconnaît Regier. «La Terre est complexe… [et] le fait que nous ayons des échantillons qui nous parlent de ce cycle du carbone au plus profond de la planète est passionnant», ajoute-t-elle. «Cela dit qu'il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons pas sur notre planète.»

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