Les plus petites poches d’eau de mer jamais découvertes –

“Nous avons découvert que nous pouvions réellement extraire des informations de ces caractéristiques minérales qui pourraient aider à éclairer les études géologiques, telles que la chimie de l’eau de mer des temps anciens”, a déclaré Sandra Taylor, première auteure de l’étude et scientifique au Pacific Northwest National du Department of Energy. Laboratoire.

Taylor a travaillé avec ses collègues du PNNL Daniel Perea, John Cliff et Libor Kovarik pour effectuer les analyses en collaboration avec les géochimistes Daniel Gregory de l’Université de Toronto et Timothy Lyons de l’Université de Californie à Riverside. L’équipe de recherche a rapporté sa découverte dans le numéro de décembre 2022 de Lettres sur les sciences de la Terre et des planètes.

Mers antiques; outils modernes

De nombreux types de minéraux et de pierres précieuses contiennent de petites poches de liquide piégé. En effet, certaines pierres précieuses sont prisées pour leurs bulles de liquide qui captent la lumière emprisonnées à l’intérieur. Ce qui est différent dans cette étude, c’est que les scientifiques ont pu révéler ce qui se trouvait à l’intérieur des plus petites poches d’eau, en utilisant une microscopie avancée et des analyses chimiques.

Les résultats de l’étude ont confirmé que l’eau piégée à l’intérieur de la roche correspondait au profil chimique de l’ancienne mer d’eau salée intérieure qui occupait autrefois le nord de l’État de New York, d’où la roche est originaire. Au cours de la période du Dévonien moyen, cette mer intérieure s’étendait de l’actuel Michigan à l’Ontario, au Canada. Il abritait un récif corallien rivalisant avec la Grande Barrière de Corail australienne. Des scorpions de mer de la taille d’une camionnette patrouillaient dans les eaux qui abritaient des créatures aujourd’hui disparues comme les trilobites et les premiers exemples de limules.

Mais finalement, le climat a changé, et avec ce changement, la plupart des créatures et la mer elle-même ont disparu, ne laissant derrière eux que des restes fossiles incrustés dans des sédiments qui sont finalement devenus l’échantillon de roche de pyrite utilisé dans l’expérience actuelle.

Des indices sur un climat ancien et sur le changement climatique

Les scientifiques utilisent des échantillons de roche comme preuve pour reconstituer comment le climat a changé au cours de la longue période géologique.

“Nous utilisons des gisements minéraux pour estimer la température des anciens océans”, a déclaré Gregory, géologue à l’Université de Toronto et l’un des responsables de l’étude. Mais il y a relativement peu d’exemples utiles dans les archives géologiques.

“Les dépôts de sel de l’eau de mer emprisonnée [halite] sont relativement rares dans les archives rocheuses, il manque donc des millions d’années dans les archives et ce que nous savons actuellement est basé sur quelques localités où l’on trouve de la halite », a déclaré Gregory. En revanche, la pyrite se trouve partout. cette technique pourrait ouvrir des millions d’années d’archives géologiques et conduire à une nouvelle compréhension du changement climatique.”

Surprise d’eau de mer

L’équipe de recherche tentait de comprendre un autre problème environnemental – l’arsenic toxique s’échappant de la roche – lorsqu’elle a remarqué les minuscules défauts. Les scientifiques décrivent l’apparence de ces minéraux de pyrite particuliers comme des framboïdes – dérivés du mot français pour framboise – parce qu’ils ressemblent à des grappes de segments de framboise au microscope.

“Nous avons d’abord examiné ces échantillons au microscope électronique, et nous avons vu ce genre de mini bulles ou de mini caractéristiques dans le framboïde et nous nous sommes demandé ce qu’elles étaient”, a déclaré Taylor.

En utilisant les techniques de détection précises et sensibles de la tomographie par sonde atomique et de la spectrométrie de masse – qui peuvent détecter de minuscules quantités d’éléments ou d’impuretés dans les minéraux – l’équipe a découvert que les bulles contenaient effectivement de l’eau et que leur chimie saline correspondait à celle des mers anciennes.

De la mer antique au stockage d’énergie moderne

Ces types d’études ont également le potentiel de fournir des informations intéressantes sur la manière de stocker en toute sécurité l’hydrogène ou d’autres gaz sous terre.

“L’hydrogène est exploré en tant que source de carburant à faible teneur en carbone pour diverses applications énergétiques. Cela nécessite de pouvoir récupérer et stocker en toute sécurité de grandes quantités d’hydrogène dans des réservoirs géologiques souterrains. Il est donc important de comprendre comment l’hydrogène interagit avec les roches”, a déclaré Taylor. . “La tomographie par sonde atomique est l’une des rares techniques permettant non seulement de mesurer les atomes d’hydrogène, mais aussi de voir où ils vont dans le minéral. Cette étude suggère que de minuscules défauts dans les minéraux pourraient être des pièges potentiels pour l’hydrogène. Donc, en utilisant cette technique, nous pourrions comprendre ce qui se passe au niveau atomique, ce qui aiderait ensuite à évaluer et à optimiser les stratégies de stockage de l’hydrogène dans le sous-sol.”

Cette recherche a été menée à l’EMSL, le Laboratoire des sciences moléculaires de l’environnement, une installation utilisateur du Bureau des sciences du DOE au PNNL. Lyons et Gregory ont demandé à utiliser l’installation par le biais d’un processus de candidature concurrentiel. La recherche a également été soutenue par une subvention du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.