L'eau dans le manteau : un océan caché sous nos pieds express
Bien sous nos pieds, à des centaines de kilomètres de profondeur, se trouve une couche capable d'absorber l'eau comme une éponge. Les minéraux qui s'y trouvent — la wadsleyite et la ringwoodite — peuvent retenir jusqu'à 1 à 2 % de leur poids en eau dans leur réseau cristallin. Cela signifie que la zone de transition du manteau (entre 410 et 660 km) pourrait contenir plus d'eau que tous les océans de surface réunis. Mais cette éponge est-elle réellement remplie ?
Les auteurs de la nouvelle étude ont construit un modèle informatique pour suivre le destin de l'eau dans cette couche. Ils ont combiné la physique du manteau solide, la chimie des minéraux et les flux thermiques. Le modèle a montré que l'eau qui pénètre dans la zone de transition n'y reste pas inerte. Elle rend la roche plus légère, et celle-ci commence à remonter — lentement, à raison de quelques centimètres par an, mais inexorablement. Après des dizaines de millions d'années, cette remontée « humide » atteint la limite où la wadsleyite se transforme en olivine, et c'est là que l'eau est libérée.
L'eau libérée abaisse la température de fusion de la roche, et des gouttes de magma se forment. Plus légères que le manteau environnant, elles continuent de s'élever — plus rapidement cette fois, en s'infiltrant entre les grains solides ou en remontant en « bulles » distinctes. Un processus similaire se produit également à la limite inférieure de la zone de transition : des plaques océaniques froides et plongeantes (les slabs) y descendent, chargées d'eau. À environ 660 km de profondeur, elles se réchauffent, l'eau s'échappe, et les magmas légers repartent vers le haut.
Ainsi, la zone de transition n'est pas un entrepôt, mais un point de transit. L'eau y séjourne entre 80 et 430 millions d'années, et à tout moment, elle n'y est présente qu'en faible quantité — moins de 0,1 % du poids, soit moins d'un cinquième de la masse des océans actuels. Mais cela suffit à réguler le niveau de l'eau en surface. Si l'océan s'assèche, le manteau restitue un peu d'humidité par les volcans ; si l'eau devient trop abondante, une partie s'enfonce avec les plaques. Un tel système de thermostat pourrait également fonctionner sur d'autres planètes rocheuses, les aidant à préserver leurs océans pendant des milliards d'années.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.13820
The spinel phase (wadsleyite, ringwoodite) in the mantle transition zone (MTZ), can contain up to 1-2 weight percent of water. However, whether these water reservoirs in the MTZ are filled is debated. Here, we investigate water dynamics in the MTZ numerically by using a newly developed empirical model of deep hydrous mantle melting combined with 2D thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) upper mantle models. Numerical modeling results suggest that water-induced buoyancy triggers the development of hydrous solid-state mantle upwellings in the MTZ. On time scales of some tens of millions of years, they rise to and interact with the spinel-olivine phase transition. Depending on the water content and temperature of these thermal-chemical plumes, this crossing may trigger hydrous melting by water release from the wadsleyite upon its conversion to olivine. The melts are less dense than the solid matrix and continue rising upward in the form of either diapirs or porosity waives. Similar dehydration-induced melting process3 is also documented for the lower MTZ boundary, where hydrous downwellings (such as subducted slabs) generate buoyant melt diapirs rising through the MTZ. We therefore suggest that the MTZ operates as a transient water reservoir. Relatively small amounts of water (less than 0.1 weight percent, smaller than 0.2 ocean masses) and a geologically moderate duration (80-430 Myr) of the transient water storage should be characteristic for the MTZ, which may play a key role in stabilizing the surface ocean mass on Earth and Earth-like rocky exoplanets.
La zone de transition du manteau contient des minéraux qui, sous une pression de 130 000 atmosphères (équivalant au poids de 1300 éléphants par centimètre carré), réorganisent leur réseau cristallin et peuvent absorber de l'eau en quantité comparable au volume de plusieurs océans.
Dans le roman de Jules Verne « Voyage au centre de la Terre », les héros découvrent un océan souterrain — notre modèle montre que l'eau peut effectivement se cacher dans le manteau, mais pas sous forme de mer, plutôt à l'intérieur des cristaux.