Évolution de l’Oxygène dans le Manteau Terrestre
Introduction à la Fugacité d’Oxygène
La fugacité d’oxygène (fO2) dans le manteau joue un rôle crucial dans le comportement et le mouvement des volatiles, influençant ainsi la nature et la quantité de ces éléments libérés lors des activités magmatiques. Ces processus sont déterminants pour la composition de l’atmosphère terrestre.
Une équipe de chercheurs de l’Institut d’Océanologie de l’Académie Chinoise des Sciences (IOCAS) a récemment proposé un nouveau paramètre, la « fugacité d’oxygène potentielle », permettant de comparer directement les caractéristiques de fO2 des mélanges formés à différentes profondeurs.
Comprendre la Fugacité d’Oxygène Potentielle
Ce paramètre, similaire à la définition classique de la « température potentielle », représente la fO2 du manteau à une pression de 1 GPa, en supposant qu’aucune fusion ne se produit lors de la décompression. L’utilisation de ce paramètre facilite la comparaison des états redox des sources du manteau à différentes profondeurs, ce qui aide à mieux comprendre l’évolution de l’état redox du manteau.
Selon le Dr. Fangyi Zhang, principal auteur de l’étude, « Comprendre l’évolution de l’état redox du manteau depuis l’Hadéen est essentiel pour répondre à des questions scientifiques majeures, telles que le cycle du carbone profond, l’évolution de la composition atmosphérique et les origines de la vie. »
Résultats de l’Étude : Comparaison entre le Manteau Ancien et Moderne
En utilisant le paramètre de « fugacité d’oxygène potentielle », les chercheurs ont analysé des données sur des basaltes dérivés du manteau et des komatiites et picrites provenant de panaches mantelliques, collectées à l’échelle mondiale depuis 3,8 milliards d’années, afin de mieux cerner l’évolution de l’état redox et de l’histoire thermique du manteau.
Les résultats ont révélé que la fO2 des magmas archéens était nettement inférieure à celle des magmas post-archéens. De plus, la fO2 des magmas montrait une forte corrélation négative avec la température potentielle du manteau et la pression de fusion.
Dr. Zhang a expliqué que « la température potentielle élevée du manteau archéen, entraînant une fusion partielle profonde et extensive, pourrait être à l’origine de la faible fO2 des magmas archéens. »
Après avoir normalisé la fO2 de tous les magmas dérivés du manteau à la « fugacité d’oxygène potentielle », l’équipe a constaté que la fO2 des sources du manteau ambiant et des panaches mantelliques (manteau inférieur) était restée constante depuis l’Hadéen.
Les variations de la fO2 des magmas dérivés du manteau ont eu un impact sur la composition des volatiles libérés, influençant ainsi la composition atmosphérique. Des études antérieures avaient suggéré qu’une augmentation de la fO2 du manteau depuis l’archéen avait favorisé une hausse des niveaux d’O2 atmosphérique. Cependant, cette étude montre que l’augmentation de la fO2 des magmas était en réalité due à un refroidissement à long terme du manteau, entraînant une diminution de la profondeur de fusion et, par conséquent, un impact sur la composition atmosphérique.
Cette recherche offre une perspective novatrice sur l’intégration de l’état thermique et redox du manteau ainsi que sur l’évolution de la composition atmosphérique, fournissant ainsi une nouvelle compréhension de l’histoire de coévolution du système multi-sphères de la Terre.
Référence : « L’état d’oxydation constant du manteau terrestre depuis l’Hadéen » par Fangyi Zhang et al., 10 août 2024, Nature Communications.
