Eau et géologie : cycles

[invite6b1a864b]

Bonjour,

Dans ce sujet Idée nouvelle


Ryuujin soutient tour à tour les idées suivantes :

- D'abord tout les cycles sont des cycles chimiques de transfert d'énergie. Le cycle de l'eau (?) le cycle du carbone etc..

>Le cycle du carbone OK : les cycles qui font partie de la vie transporte de l'énergie.. notamment par exemple les molécules issus de la photosynthèse sont plus énergétique que le produit de leur combustion, en CO² etc..

- Ensuite il me soutient que le cycle de l'eau comporte des réactions chimiques, et qu'il y a pletor de ces réactions dans le manteau terrestre

- Ensuite il me parle donc, pour se rattraper, de l'existence de l'hydratation des minéraux.

donc je résume. Pour lui, l'hydratation des minéraux est une cycle de réaction chimique qui fait partie du cycle de l'eau.

Et ce gars, là, me dit que j'ai une mauvaise culture scientifique etc..
Il me soutient que tout le monde sait qu'à l'origine de la vie, il y avait une couple de réaction chimique inverse formant un équilibre méta-stable entre un source d'énergie et une zone froide..

Je veux dire, bon. Je pose la question : existe t'il des cycles de réactions chimiques (hors de la vie donc), c'est à dire par des minéraux inertes, qui transportent de l'énergie sous forme chimique.
(accéssoirement de façon comparable au cycle du carbone. )

Je parle de réaction chimique.. je sais par exemple qu'un grand nombre de minéraux se forme lors de la subduction (comme le diamant etc) par la pression température etc, pour être ensuite dégradé à la surface.

Ma question est la suivante : peut on considérer que ce transfert d'énergie est à l'origine de ces cycles, par une rétroaction positive, ou bien simplement des évènements circonstanciés, le cycle "subduction" / "dorsale" ayant de toute façon, lieu.
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[Tawahi-Kiwi]

- Le cycle minéral de l'eau, c'est de s'évaporer au soleil, rester à l'équilibre en vapeur et liquide dans les nuages, retomber en pluie..

- L'eau qui réagit avec des minéraux ne forme pas de cycle.
Et même si elle formait des cycles, ces cycles ne permettrait pas de dissiper de l'énergie plus vite que la convection ordinaire, et n'entrerait donc pas dans ma définition

Salut,
J'ai tire cela de l'autre discussion. Tu dis bien a la fin...selon "ta" definition. Ne sachant pas exactement ce que tu entends par la...je ne peux evidemment pas repondre....

Mais les phenomenes de surface (evaporation, sublimation, precipitation, congelation) et les phenomenes crustaux ou mantelliques font tous partie d'un meme cycle. De meme que le cycle du carbone, ce n'est pas uniquement "C"....le cycle de l'eau, ce n'est pas uniquement H₂O mais egalement tout ce qui est H₂O au sein des mineraux (eau adsorbee, absorbee, zeolitique, structurale) et tout ce qui H, O, OH et H₃O⁺ lorsqu'ils sont lie a l'eau (H, O pouvant egalement avoir une origine anhydre).

Alors que les reactions que tu fournis dans ton cycle de l'eau sont essentiellement physiques, les reactions petrologique sont principalement de nature chimique.

Ma question est la suivante : peut on considérer que ce transfert d'énergie est à l'origine de ces cycles, par une rétroaction positive, ou bien simplement des évènements circonstanciés, le cycle "subduction" / "dorsale" ayant de toute façon, lieu.

Je ne suis pas sur de bien comprendre ta question. Mais l'eau est essentielle au fonctionnement d'une zone de subduction. Si la plaque oceanique ne s'hydratait pas prealablement a sa subduction, la formation d'arcs insulaires et de croute continentale serait bien moindre et la fusion partielle qui est un phenomene dominant le coin mantellique dans une zone de subduction....ne serait que marginale. Le cycle subduction-dorsale est a beaucoup plus longue echeance mais l'eau a egalement un role non negligeable dans ce systeme.

T-K

[invite6b1a864b]

Salut...

...
Alors que les reactions que tu fournis dans ton cycle de l'eau sont essentiellement physiques, les reactions petrologique sont principalement de nature chimique.

Voici les limites tels que moi je les concevais :
- "le cycle de l'eau " => simple de changement d'état de l'eau (pour moi c'était la définition classique du "cycle de l'eau" en tant que phénomène particulier, et pas au sens large de "cycle incluant de l'eau").

- "les réactions chimiques" . Quand l'eau est un solvant, comme par exemple le sel ou d'autre substance diverse et varié, il y a certe une dissociation de la molécule H²O en OH- et H3O+, qui viennent entouré les différents ions et molécules etc, formé des complexes...
Pour moi, précisément : cette dissociation ne relevé pas d'une réaction chimique, mais d'un équilibre ionique propre à l'eau (qui d'ailleurs à lieu sans aucune autre substance).
Que ce passe til quand H²O se dissocie en ion : un proton seul se détache de la molécule, et va se coller à une autre molécule. Précisément, il n'y a pas réellement de variation des nuages électroniques (en terme de nombre d'électron) , et donc il n'y a pas, (selon moi, mais c'est très discutable certes), de variation de liaison covalente (les liaisons covalentes concerne justement la répartition des électrons des couches supérieur. ) Dans tout les cas, je ne considère pas cela comme équivalent d'une réaction complète, ou les noyaux et leur électron change d'organisation.

- Maintenant, je veux bien croire que l'eau réagit (hormis donc la simple dissolution ionique) : mais sont ce des cycles pour autant ?

Je ne suis pas sur de bien comprendre ta question. Mais l'eau est essentielle au fonctionnement d'une zone de subduction. Si la plaque oceanique ne s'hydratait pas prealablement a sa subduction, la formation d'arcs insulaires et de croute continentale serait bien moindre et la fusion partielle qui est un phenomene dominant le coin mantellique dans une zone de subduction....ne serait que marginale. Le cycle subduction-dorsale est a beaucoup plus longue echeance mais l'eau a egalement un role non negligeable dans ce systeme.

C'est une question importante (en rapport avec ma théorie : le transfert d'énergie provoquerait l'inertie du cycle, comme dans une convection) : savoir si l'hydratation des roches provoque (ou du moins rend possible) l'existence de la tectonique des plaques..

Moi je croyais savoir que le socle granitique, là ou pourrait avoir lieu l'oxydation des roches, justement, n'entrait pas dans le cycle subduction / dorsale. Quand le volcanisme des dorsales provoque la production de croute, cette croute reste au fond de l'océan (au moins en majorité) pousse certe éventuellement les socles granitiques, mais finit dans la subduction. Il ne me semble pas que le socle granitique, celui là même qui est hydraté, replonge à un moment ou un autre.. Effectivement, il y a bien une partie, des roches hydratés, qui replonge avec la subduction, mais peut on considérer cela comme un cycle ? Et encore plus, peut on dire qu'il s'agit du "moteur" du cycle ?
Je pense plutôt que le moteur du cycle est la convection très classique du magma, les fameux "points chauds" etc.. L'eau ne re-rentre pas, à ma connaissance, dans le magma et ne vas pas se recharger en énergie chimique pour changer de densité ou entrainer un mouvement globale..

[Tawahi-Kiwi]

Moi je croyais savoir que le socle granitique, là ou pourrait avoir lieu l'oxydation des roches, justement, n'entrait pas dans le cycle subduction / dorsale. Quand le volcanisme des dorsales provoque la production de croute, cette croute reste au fond de l'océan (au moins en majorité) pousse certe éventuellement les socles granitiques, mais finit dans la subduction. Il ne me semble pas que le socle granitique, celui là même qui est hydraté, replonge à un moment ou un autre..

Le cycle des croutes oceaniques est un cycle....comme un autre...les basaltes MORB (oceaniques) sont legerement hydrates et refletent la concentration en eau du manteau (qui pourrait egaler, voire etre superieure au volume des oceans).

Le cycle continental est autre chose, et est lie aux zones de subductions. Hormis la formation de la croute primordiale qui peut etre liee a une subduction primitive, mais pourrait aussi etre de la differentiation planetaire, la croute actuelle (du Phanerozoique et d'une bonne partie du Proterozoique) est formee par les zones de subductions.

Un rappel de ce qui se passe la dedans :
- la plaque oceanique + sediment...hydratee...plonge dans la zone de subduction
- Augmentation de P et T entraine la fusion/deshydratation de la plaque
- Metasomatose du coin mantellique et production de magma d'arc
- le magma se differencie dans la partie sommitale du manteau, une partie est recyclee, le reste forme un arc de composition globale andesitique (et donc granitique au sommet)
- L'arc fini par s'accreter sur un continent et c'est ainsi que ce fait la croissance de la croute continentale depuis 2-3 milliards d'annees.
- Le continent est oxyde/erode => les sediments aboutissent sur les plaque oceanique et le tout sera a nouveau subducte...

=> tout cela ressemble fort a un cycle pour moi...ou l'eau joue un role essentiel.

....ce qui reste (les eclogites UHP)...qui ne fini pas dans le volcanisme d'arc...est ce qui va etre recycle sur le long terme et peut finalement aboutir dans le volcanisme de dorsale et de point chaud.

Quant a la difference que tu fais entre le cycle du carbone et le cycle de l'eau, j'avoue ne toujours pas la saisir.
le carbone peut etre C₆, C_d, carbone organique, CO₂, CO₃, CH₄ et les composes complexes formes par le vivant.

La facon dont tu presentes les choses, reviendrait a parler du cycle du CO₂ mais lorsque C et O₂ sont dissocies par le vivant, cela ne fait plus partie du cycle...alors la notion de cycle n'a plus de raison d'etre.

Le cycle superficiel de l'eau est une image tres primaire et de courte duree de l'eau. D'un point de vue geologique, l'eau passe beaucoup plus de temps dans le manteau (entre 0.5 et 1 milliard d'annees si mes souvenirs sont bons) qu'en surface.

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pfhoryan]

- Augmentation de P et T entraine la fusion/deshydratation de la plaque

A ce propos, Brudzinski démontre dans son dernier papier:

- qu'il n'y a plus de déshydratation qui se produit en dessous de 400 km, et qu'il n'y aurait donc plus d'eau libérée par un slab en deçà de cette profondeur.

- qu'il ya de nombreuses preuves d'existence d'olivine métastable au sein du slab en dessous de 400 km, ce qui indique que celui-ci est très sec.

Sa conclusion est que la subduction n'est pas un mécanisme efficace qui permettrait de recycler de l'eau dans le manteau inférieur.

Intéressant n'est-ce pas?

Green et al, doi:10.1038/nature09401

[Tawahi-Kiwi]

Intéressant n'est-ce pas?

Interessant, merci pour le lien...mais puisqu'on est dans les Nature recent, ce dont je discutais ci-dessus peut notamment se lie a Green et al., 2010 (qui pour la petite histoire, est une guerre ouverte avec l'equipe de Tim Grove du MIT )

Dans le cas de l'article que tu donnes, 100ppm de flotte dans un olivine, ca reste beaucoup et je ne pense pas que qui que ce soit en petro considere de telles quantites. generalement, on considere de l'ordre de 10ppm, sur base du fait que les MORB contiennent eux memes environs 50-200ppm d'eau. Meme si cela parait peu pour parler d'eau dans le manteau, le volume de ce dernier fait que 30ppm partout dans le manteau fait un quantite non negligeable de flotte la en dessous. Donc evidemment, les NAM's ne relache plus d'eau dans le coin mantellique, mais il peuvent continuer leur chemin jusqu'a des profondeurs plus importantes. Il reste toujours interessant de voir cela confirme d'une autre maniere (meme si au dela de 250km, je commence mal a imaginer ce qui peut relacher de l'eau un fois que la phlogopite et la K-richterite sont partis).
Il y a des recherches qui sont faites (Jackson, Fitz gerald, Farla, Faul...) sur les proprietes sismiques de l'olivine en fonction de la flotte quelle contient...pour ameliorer notre connaissance du manteau superieur... mais j'ai l'impression que ca n'avance pas trop quand meme.

T-K

[Pfhoryan]

Interessant, merci pour le lien...mais puisqu'on est dans les Nature recent, ce dont je discutais ci-dessus peut notamment se lie a Green et al., 2010

Dans le cas de l'article que tu donnes, 100ppm de flotte dans un olivine, ca reste beaucoup et je ne pense pas que qui que ce soit en petro considere de telles quantites. generalement, on considere de l'ordre de 10ppm, sur base du fait que les MORB contiennent eux memes environs 50-200ppm d'eau. Meme si cela parait peu pour parler d'eau dans le manteau, le volume de ce dernier fait que 30ppm partout dans le manteau fait un quantite non negligeable de flotte la en dessous.

Merci pour l'article.

Par contre j'y lis que sachant que les MORB les plus primitifs ont 0.1% d'eau (1000 ppm), ils estiment que c'est le manteau supérieur qui contient entre 50-200 ppm:

"This is justified by the observation that the most primitive MORBs have approximately 0.1% H2O and 100 parts per million (p.p.m.) CO2, which depress liquidus temperatures by less than 30 °C and do not alter liquidus phase relationships significantly2, 4. Translating these water contents to the basalt source region by assuming 5–20% melting to produce MORBs gives estimates of upper-mantle water contents of 50–200 p.p.m."

Donc entre l'article que je cite qui affirme que le slab contient bien moins de 100 ppm d'eau et celui que tu cites où il est estimé que le manteau supérieur contient entre 50-200 ppm d'eau, j'en déduis que le slab n'enrichit pas le manteau supérieur en eau. A la limite il peut même l'assècher

[Tawahi-Kiwi]

Donc entre l'article que je cite qui affirme que le slab contient bien moins de 100 ppm d'eau et celui que tu cites où il est estimé que le manteau supérieur contient entre 50-200 ppm d'eau, j'en déduis que le slab n'enrichit pas le manteau supérieur en eau. A la limite il peut même l'assècher

C'est en effet bien possible...l'eau du slab est presqu'entierement recyclee dans le mantle wedge...le reste pourrait tres bien etre en equilibre.

T-K