Le phosphore préservé par la chaleur du manteau
L’étude, menée par Qiwei Zhang, chercheur postdoctoral à la Carnegie Institution for Science et ancien doctorant à l’Université de l’Alberta, révèle pourquoi la Terre ne manque pas de phosphore malgré des milliards d’années de tectonique des plaques. Jusqu’ici, les scientifiques savaient que le phosphore circulait dans les couches superficielles, jusqu’à environ 100 kilomètres, avant de remonter via les volcans. La question demeurait : pourquoi ce nutriment vital n’a-t-il pas été définitivement piégé dans les profondeurs du manteau ?
Les résultats indiquent que les plaques océaniques qui descendent vers le manteau sont, dans des conditions normales, trop chaudes pour permettre l’absorption du phosphore. Ce phénomène maintient l’élément près de la surface, favorisant ainsi le développement de la vie.
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Si 90 % du phosphore était subduit dans le manteau inférieur, nous aurions une véritable crise du phosphore. Au lieu de cela, tout ce phosphore est brûlé et rejeté des plaques océaniques plongeantes et reste dans la Terre superficielle.
Dr Graham Pearson, Faculté des sciences de l’Université de l’Alberta
L’identification de la tuite via des diamants « super-profonds »
L’accès direct au manteau étant impossible — le forage humain le plus profond n’atteignant que 13 kilomètres — les chercheurs utilisent des diamants formés entre 410 et 700 kilomètres comme sondes. En partenariat avec la société minière De Beers, Qiwei Zhang a analysé deux spécimens : un diamant brésilien âgé de 450 millions d’années et un diamant des Territoires du Nord-Ouest, au Canada, estimé à 1,7 milliard d’années.
L’identification a nécessité l’usage de la spectroscopie Raman. Zhang a initialement confondu les inclusions minérales avec de l’olivine ou de l’enstatite, avant de constater que le spectre obtenu ne correspondait à aucune donnée logicielle existante. Après avoir conçu un programme d’identification personnalisé, il a identifié la présence de tuite.
La transformation de l’apatite en tuite
La tuite est une transformation à haute pression de l’apatite, le minéral phosphaté le plus courant de la croûte terrestre. Jusqu’à présent, ce minéral n’avait été observé que dans des météorites ayant subi des chocs violents. Ces échantillons constituent potentiellement les premiers exemples terrestres de ce minéral.
La rareté des zones de subduction « froides »
La présence de tuite prouve que le phosphore peut occasionnellement atteindre le manteau inférieur, mais la modélisation de Zhang montre que ce cycle est extrêmement inefficace. Le transport du phosphore à 700 kilomètres de profondeur requiert une anomalie environnementale rare : une zone de subduction dite « froide ».
Dans ce contexte géologique, une zone froide présente des températures d’environ 1 100 °C, alors que la température typique à ces profondeurs avoisine les 1 700 °C. La découverte d’une seconde inclusion, la stishovite — une version très dense du quartz formée uniquement sous des pressions extrêmes — confirme que la tuite et la stishovite ont été piégées dans le diamant lors de ce processus.
L’équipe de recherche, comprenant également le Dr Thomas Stachel de la Faculté des sciences de l’Université de l’Alberta, conclut que la compréhension de ces mécanismes profonds permet de mieux saisir les processus de surface ayant permis l’émergence de la vie.
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