Une équipe de recherche sud-coréenne révèle grâce au rayonnement synchrotron que la capacité de « stockage d'eau » des plaques de subduction froides a été sous-estimée

L'équipe de recherche dirigée par le professeur Yongjae Lee du département des sciences du système terrestre de l'université Yonsei en Corée du Sud a récemment découvert que, dans les zones de subduction tectoniques froides et à enfoncement rapide, les roches de la croûte terrestre pourraient transporter jusqu'à 1 000 milliards de kilogrammes d'eau par an vers le manteau, soit environ le double des estimations précédentes. Ces résultats ont été publiés dans *Nature·Communications*.

Les zones de subduction sont des régions où les plaques terrestres se rencontrent, l'une s'enfonçant sous l'autre, souvent associées à une activité volcanique et sismique. Depuis longtemps, la communauté scientifique considère généralement que la serpentinite, une roche hydratée, se déshydrate progressivement en s'enfonçant avec la plaque sous l'effet de l'augmentation de la pression et de la température, l'eau libérée favorisant la fusion de la plaque sus-jacente et étant liée à la formation des chaînes de volcans en arc.

Cette nouvelle étude montre que la situation pourrait être plus complexe. Depuis 2019, l'équipe de recherche a mené de nombreuses expériences à haute pression et haute température, utilisant des installations telles que le rayonnement synchrotron PETRA III du DESY en Allemagne, la source avancée de photons du laboratoire national d'Argonne aux États-Unis et le laboratoire de rayonnement synchrotron de Pohang en Corée du Sud, pour observer les changements structurels des minéraux de serpentine dans les conditions profondes de la Terre. Sur les lignes de faisceau P02.2 et P61B de PETRA III, l'équipe a respectivement réalisé des expériences de diffraction des rayons X à haute pression et haute température et des mesures de vitesse des ondes ultrasonores, afin d'analyser la stabilité de la serpentine et ses propriétés sismiques correspondantes.

Les résultats expérimentaux montrent que, dans les zones marginales plus chaudes de la plaque en enfoncement, l'eau est effectivement libérée à environ 220 kilomètres de profondeur, entraînant une augmentation de la densité des roches d'environ 16 %, ce qui affecte la propagation des ondes sismiques. Cependant, dans l'environnement plus froid du centre de la plaque, la serpentine subit à environ 280 kilomètres de profondeur une réaction qui, bien que suspectée auparavant, n'avait pas encore été directement observée expérimentalement. Dans un environnement riche en eau, la nouvelle structure formée peut absorber en supplément environ 6 % de son propre poids en eau ; dans un environnement moins riche en eau, une autre structure continue de retenir l'eau d'origine.

L'équipe de recherche estime en conséquence que la capacité de rétention d'eau de la serpentinite dans les plaques de subduction froides est environ trois fois supérieure à ce que l'on pensait auparavant. À mesure que la croûte se courbe et forme des failles lors de son enfoncement, l'eau supplémentaire peut pénétrer dans la zone de subduction par ces canaux, déclenchant diverses réactions d'absorption ou de rétention d'eau dans différentes conditions de pression, de température et de teneur en eau.

À l'échelle mondiale, les chercheurs ont en outre combiné des modèles pour analyser 16 zones de subduction froides ou ultra-froides parmi 56 zones de subduction, estimant que ces régions pourraient introduire jusqu'à 1 000 milliards de kilogrammes d'eau par an dans le manteau. L'équipe de recherche indique que cette découverte implique que les plaques de subduction froides pourraient agir comme des « éponges géantes », stockant et transportant de grandes quantités d'eau vers les profondeurs de l'intérieur terrestre ; les modèles existants concernant le cycle de l'eau intra-plaque, l'évolution de l'intérieur terrestre ainsi que l'interprétation des données sismiques et volcaniques pourraient nécessiter une réévaluation.