Les chercheurs déterminent la composition quantitative

Université des sciences et technologies de Chine

Dans une étude publiée dans PNAS, le groupe du professeur XIAO Yilin de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a déterminé quantitativement, pour la première fois, la composition chimique des fluides supercritiques dans les zones de subduction profonde, grâce à la modélisation par imagerie 3D des inclusions de fluides multiphasiques à ultra haute pression (UHP), et a révélé le rôle important des fluides supercritiques dans le cycle du carbone et du soufre dans les zones de subduction, ce qui est d'une grande importance pour une étude approfondie et systématique compréhension du rôle des fluides supercritiques dans la nature.

Les fluides, y compris les océans, les lacs, les rivières et le large éventail de fluides géologiques trouvés à l'intérieur de la Terre, sont des parties inséparables et des médias importants, aidant à transférer la matière et l'énergie entre les différentes couches de la Terre. En fonction de leurs propriétés géochimiques, ils peuvent être divisés en fluides riches en eau, en fonte aquifère et en fluides supercritiques.

Formé à température et pression élevées, les fluides supercritiques se caractérisent par une viscosité relativement faible, une activité élevée et une mobilité élémentaire exceptionnelle. Ces propriétés physico-chimiques non conventionnelles leur confèrent un rôle vital dans le déclenchement de la sismicité et du volcanisme méso-profonds, facilitent le transport élémentaire de la zone de subduction, le cycle des matériaux et la minéralisation d'enrichissement en métaux, et influencent l'évolution de l'habitabilité de la Terre. Cependant, il reste un défi d'identifier une activité de fluide supercritique à partir d'échantillons naturels, en particulier lorsque les indicateurs géochimiques critiques et quantitatifs sont extrêmement rares.

Les chercheurs ont étudié le corps veineux métamorphique UHP de la zone continentale de subduction ultra-profonde dans les monts Dabie et ont trouvé un grand nombre d'inclusions fluides multiphases coexistant avec le minéral métamorphique UHP emblématique, la Kochnite. Les inclusions sont préservées avec plusieurs minéraux de graines avec un assemblage global relativement cohérent, composé principalement de quartz, de calcite, d'anhydrite et d'une grande quantité d'eau.

Des études pétrographiques systématiques, laser Raman et de balayage de surface élémentaire ont montré que les inclusions de fluide multiphase dans l'omphacite et le grenat sont des inclusions primaires de fluide UHP, préservant intacte la composition chimique des fluides à haute pression plus profonds dans la zone de subduction. La modélisation laser 3D Raman et les calculs quantitatifs de composition de ces inclusions ont permis de récupérer la composition originale du fluide formant des veines enregistrée dans les inclusions fluides multiphases. Il a été démontré que les fluides contiennent principalement du SiO2, du CaO et de l'eau, ainsi que des quantités importantes d'éléments volatils tels que le carbone et le soufre.

De plus, les chercheurs ont découvert que les fluides conservés dans les inclusions ont des propriétés supercritiques (par exemple, la capacité de migration) et des caractéristiques de composition. Ces fluides supercritiques sont très efficaces pour activer et transporter le carbone et le soufre dans les nappes de la zone de subduction, et peuvent les transporter dans le coin du manteau et même dans le manteau profond, ayant ainsi un impact large et important sur l'efficacité et le flux du cycle carbone-soufre entre la surface de la Terre et les profondeurs, ainsi que sur l'évolution de l'habitabilité de la Terre.

Cette étude a fourni une caractérisation détaillée des propriétés des fluides supercritiques dans les zones de subduction profonde. Elle a également révélé le rôle critique que jouaient les fluides UHP en termes de cycle du carbone et du soufre, longtemps sous-estimé.

Actes de l'Académie nationale des sciences

Fluide supercritique dans les zones de subduction profonde révélé par des inclusions fluides multiphasiques dans une veine métamorphique à ultra haute pression

8-mai-2023

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