Cycle interne de l'eau : le modèle de "pluie" du manteau

De l'eau est continuellement injectée dans le manteau aux zones de subduction par l'intermédiaire de minéraux hydratés. Le flux d'hydrogène qui parvient effectivement dans le manteau profond n'est pas contraint très précisément, mais il pourrait correspondre au volume total des océans à la surface de la Terre tous les 2 à 5 milliards d'années. À l'inverse, la quantité d'eau extraite du manteau aux rides océaniques est 3 à 8 fois plus faible selon les estimations. Comme il s’agit de la source principale reconnue d'eau du manteau, cela pose le problème de la continuité du cycle interne de l'eau.

La zone hydratée la mieux connue par la sismologie est la fine couche partiellement fondue au-dessus de la discontinuité sismique à 410 km de profondeur : la LVL pour low-velocity layer. Des études antérieures ont proposé que la LVL intervienne dans le cycle interne de l'eau comme un puits qui retiendrait indéfiniment l'eau subduite et transférée à la zone de transition. Dans cette nouvelle étude, les auteurs proposent que la LVL soit, au contraire, la source d'un liquide riche en eau qui remontrait vers la surface de la Terre. Le modèle permettrait d'équilibrer le cycle interne de l'eau. Il y aurait alors une parfaite équivalence entre le flux d'eau pénétrant le manteau aux zones de subduction, l'eau impliquée dans la formation du liquide dans la LVL, et la quantité d'eau présente dans le liquide remontant continuellement dans le manteau supérieur. Ce nouveau cycle interne permet d'affiner le bilan interne en eau au cours des temps géologiques. En effet, la saturation en eau des phases minérales mises en jeu dépend de la température dans le manteau. Ainsi, le manteau supérieur (entre la surface et 670 km de profondeur) contiendrait aujourd'hui l'équivalent du volume total des océans sur Terre. Une Terre plus chaude dans le passé implique une quantité d’eau stockée dans le manteau de ~20 % inférieure pour une température de 200K plus élevée. Cela signifie que la quantité d'eau à la surface du globe diminue avec le temps au profit du manteau, à cause du refroidissement séculaire du manteau, et ce depuis que la dynamique globale du manteau a permis l'enfouissement d'eau dans le manteau via la subduction.

Légende : Cycle interne de l'eau. L'eau injectée dans le manteau par la subduction nourrie en hydrogène les minéraux de la zone de transition (MTZ). Ces minéraux sont ensuite remontés au-dessus de la discontinuité de 410 km de profondeur par les mouvements de convection du manteau. Le changement de minéralogie qui y est associé génèrent un liquide riche en eau dans la fine couche de faible vitesse sismique (LVL). Le flux constant d'eau dans le manteau induit une production continue de ce liquide, qui lui-même devient instable gravitationnellement et remonte comme une pluie à travers le manteau supérieur. Ce flux d'eau pourrait être à l'origine de la refertilisation du manteau lithosphérique et du volcanisme intra-plaque.