Des couches visuellement saisissantes d’orange brûlé, de jaune, d’argent, de brun et de noir teinté de bleu sont caractéristiques des formations de fer en bandes, des roches sédimentaires qui pourraient avoir provoqué certaines des as well as grandes éruptions volcaniques de l’histoire de la Terre, selon une nouvelle recherche de l’Université Rice.
Les roches contiennent des oxydes de fer qui ont coulé au fond des océans il y a longtemps, formant des couches denses qui se sont finalement transformées en pierre. L’étude publiée cette semaine dans Nature Geoscience suggère que les couches riches en fer pourraient relier les changements anciens à la floor de la Terre – comme l’émergence de la vie photosynthétique – à des processus planétaires comme le volcanisme et la tectonique des plaques.
En moreover de relier des processus planétaires qui étaient généralement considérés comme non connectés, l’étude pourrait recadrer la compréhension des scientifiques de l’histoire ancienne de la Terre et donner un aperçu des processus qui pourraient produire des exoplanètes habitables loin de notre système solaire.
“Ces roches racontent – littéralement – l’histoire d’un environnement planétaire en mutation”, a déclaré Duncan Keller, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral au Département des sciences de la Terre, de l’environnement et des planètes de Rice. “Ils incarnent un changement dans la chimie atmosphérique et océanique.”
Les formations de fer rubanées sont des sédiments chimiques précipités directement à partir d’anciennes eaux de mer riches en fer dissous. On pense que les steps métaboliques des micro-organismes, y compris la photosynthèse, ont facilité la précipitation des minéraux, qui se sont formés couche après couche au fil du temps avec le chert (dioxyde de silicium microcristallin). Les dépôts les furthermore importants se sont formés lorsque l’oxygène s’est accumulé dans l’atmosphère terrestre il y a approximativement 2,5 milliards d’années.
“Ces roches se sont formées dans les anciens océans, et nous savons que ces océans ont ensuite été fermés latéralement par des processus tectoniques des plaques”, a expliqué Keller.
Le manteau, bien que solide, coule comme un fluide à peu près au rythme de croissance des ongles. Les plaques tectoniques – des sections de la croûte terrestre et du manteau supérieur de la taille d’un continent – sont constamment en mouvement, en grande partie à trigger des courants de convection thermique dans le manteau. Les processus tectoniques de la Terre contrôlent les cycles de vie des océans.
“Tout comme l’océan Pacifique est fermé aujourd’hui – il est subducté sous le Japon et sous l’Amérique du Sud – d’anciens bassins océaniques ont été détruits tectoniquement”, a-t-il déclaré. “Ces roches devaient soit être poussées sur les continents et être préservées – et nous en voyons certaines préservées, c’est de là que viennent celles que nous examinons aujourd’hui – soit subductées dans le manteau.”
En raison de leur forte teneur en fer, les formations de fer en bandes sont plus denses que le manteau, ce qui a amené Keller à se demander si des morceaux subductés des formations ont coulé jusqu’au fond et se sont installés dans la région la plus basse du manteau près du sommet du noyau terrestre. Là, sous une température et une pression immenses, ils auraient subi de profonds changements à mesure que leurs minéraux adoptaient des buildings différentes.
“Il y a des travaux très intéressants sur les propriétés des oxydes de fer dans ces conditions”, a déclaré Keller. “Ils peuvent devenir très conducteurs thermiquement et électriquement. Certains d’entre eux transfèrent la chaleur aussi facilement que les métaux. Il est donc doable qu’une fois dans le manteau inférieur, ces roches se transforment en morceaux extrêmement conducteurs comme des plaques chauffantes.”
Keller et ses collègues postulent que les régions enrichies en formations de fer subductées pourraient favoriser la development de panaches du manteau, des conduites montantes de roches chaudes au-dessus des anomalies thermiques du manteau inférieur qui peuvent produire d’énormes volcans comme ceux qui ont formé les îles hawaïennes. “Sous Hawaï, les données sismologiques nous montrent un conduit chaud de remontée d’eau”, a déclaré Keller. “Imaginez un position chaud sur le brûleur de votre cuisinière. Au fur et à mesure que l’eau de votre casserole bout, vous verrez in addition de bulles au-dessus d’une colonne d’eau montante dans cette zone. Les panaches du manteau en sont en quelque sorte une edition géante.”
“Nous avons examiné les âges de dépôt des formations de fer en bandes et les âges des grands événements d’éruption basaltique appelés grandes provinces ignées, et nous avons constaté qu’il existe une corrélation”, a déclaré Keller. “De nombreux événements ignés – qui étaient si massifs que les 10 ou 15 moreover grands auraient pu suffire à refaire surface sur toute la planète – ont été précédés par des dépôts de development de fer en bandes à des intervalles d’environ 241 millions d’années, additionally ou moins 15 tens of millions. C’est une forte corrélation avec un mécanisme qui a du sens.”
L’étude a montré qu’il y avait une durée plausible pour que les formations de fer en bandes soient d’abord aspirées profondément dans le manteau inférieur, puis influencent le flux de chaleur pour entraîner un panache vers la area de la Terre à des milliers de kilomètres au-dessus.
Dans son energy pour retracer le parcours des formations de fer en bandes, Keller a franchi les frontières disciplinaires et s’est heurté à des idées inattendues.
Keller espère que l’étude stimulera d’autres recherches. “J’espère que cela motivera les gens dans les différents domaines concernés”, a-t-il déclaré. “Je pense que ce serait vraiment great si cela permettait aux gens de se parler de manière renouvelée de la façon dont les différentes functions du système terrestre sont connectées.”
Keller fait partie du programme Intelligent Planets: Cycles of Everyday living-Crucial Unstable Aspects in Rocky Planets, un groupe interdisciplinaire et multi-institutionnel de scientifiques dirigé par Rajdeep Dasgupta, professeur W. Maurice Ewing de Rice en sciences des systèmes terrestres au Département de la Terre, Sciences environnementales et planétaires.
“Il s’agit d’une collaboration extrêmement interdisciplinaire qui examine remark les éléments volatils importants pour la biologie – carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphore et soufre – se comportent sur les planètes, comment les planètes acquièrent ces éléments et le rôle qu’ils jouent dans potentiellement rendant les planètes habitables”, a déclaré Keller.
“Nous utilisons la Terre comme le meilleur exemple que nous ayons, mais nous essayons de comprendre ce que la présence ou l’absence d’un ou de certains de ces éléments pourrait signifier pour les planètes as well as généralement”, a-t-il ajouté.
Cin-Ty Lee, professeur Harry Carothers Wiess de Rice en géologie, sciences de la Terre, de l’environnement et des planètes, et Dasgupta sont co-auteurs de l’étude. Les autres co-auteurs sont Santiago Tassara, professeur adjoint à l’Université Bernardo O’Higgins au Chili, et Leslie Robbins, professeur adjoint à l’Université de Regina au Canada, qui ont tous deux effectué des travaux postdoctoraux à l’Université de Yale, et Yale Professor of Earth and Sciences planétaires Jay Ague, directeur de thèse de Keller.
La NASA (80NSSC18K0828) et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (RGPIN-2021-02523) ont soutenu la recherche.
