Altération inverse

Dans le delta du fleuve Amazone, environ 90 % du SiO₂ enfoui participe à l'altération inverse, tandis que la production d'ions potassium y est d'environ 2,8 μmol/g^-1/an^-1[3]. Près de 7 à 10 % de l’apport de potassium du fleuve Amazone est éliminé de l’océan par la formation d’aluminosilicates riches en potassium et en fer^[3]. Dans le delta du fleuve Mississippi, environ 40 % du SiO₂ enfoui dans les sédiments est converti en aluminosilicates authigènes^[13]. La principale différence entre ces deux deltas est due au fait que les sédiments du delta de l'Amazone sont soumis à un certain nombre de processus d'érosion et de dépôt, qui créent une quantité abondante d'oxydes de fer. Les sédiments résident généralement dans la région pendant 30 ans en moyenne, mais la couche supérieure subit un remaniement physique majeur une à deux fois par an. Les données sur l'eau interstitielle suggèrent que la formation d'argiles authigènes dans le delta de l'Amazone se produit de l'ordre de quelques mois à quelques années. Dans cette région, le facteur limitant pour la formation d'argile est la disponibilité de SiO₂, car l'eau du fleuve contient généralement des concentrations élevées d'autres réactifs tels que le fer, le potassium, le magnésium et l'aluminium^[3]. Alors que dans le delta du Mississippi, le nutriment limitant ces réactions est le fer.

L'effet de l'altération inverse a également été observé dans les paléo-deltas. Dans le bassin d'Aínsa, un système paléo-deltaïque s'est formé au cours de l'éocène et s'est élevé à travers l'orogenèse des Pyrénées. Des différences géochimiques isotopiques ont été observées entre les paléo-sédiments marines déposés et ceux provenant des milieux alluviaux^[14]. La signature isotopique du lithium (δ⁷Li) et la signature isotopique du silicium (δ³⁰Si) sont systématiquement plus claires dans les sédiments marins que celles dans les sédiments alluviaux^[14], impliquant une formation d'argile authigène dans les sédiments marins. De plus, dans les sédiments marins, la signature δ⁷Li est corrélée à la teneur en fer, suggérant le couplage de la diagenèse du fer et des processus d'altération inverse dans les environnements marins. Ce couplage peut être vu dans des environnements réduits grâce aux réactions suivantes^[14] :

H₄SiO₄ + Fe²⁺ + 2HCO₃^- → FeO-SiO₂ (argiles riches en Fe) + 3H₂O + 2CO₂

L'altération inverse dans les lacs du Rift est-africain est aisément observable, et des recherches récentes menées dans cette région ont servi de base pour extrapoler les conclusions quant à l'étendue de ce processus dans l'océan. Une étude suggère qu'il y a généralement un déficit d'alcalinité dans les lacs, et qu'un peu plus de la moitié de ce déficit peut être attribué à la formation de minéraux aluminosilicates^[4]. La précipitation des sels n'est pas profonde, ce qui rend le développement de ces minéraux argileux par déminéralisation inverse plus facilement observable que dans l'océan. En se basant sur les taux de formation d'argile observés dans les lacs du Rift éthiopien, l'étude suggère que la formation d'argile dans l'océan est trop élevée pour être entièrement imputée au processus d'altération inverse. Il est supposé que le processus d'altération inverse en haute mer n'atteint jamais sa complétion en raison du pH généralement bas. Il semble que l'activité hydrothermale soit un facteur majeur contribuant à la formation d'argile dans les profondeurs océaniques^[4].

Certains émettent l’hypothèse que les monts hydrothermaux pourraient être une source importante d’altération inverse^[12]. Pendant un certain temps, on supposait que les apports fluviaux depuis la terre étaient la seule source de sels dissous pour l'océan. Par la suite, il a été révélé que les sources hydrothermales jouaient un rôle essentiel dans la salinité des océans en relâchant d'importantes quantités de minéraux dissous issus des interactions entre l'eau et la roche^[15]. À ces endroits, certains sels dissous réagissent avec la roche et sont éliminés, modifiant ainsi la composition ionique de l'eau de mer par rapport au fluide hydrothermal^[15].

L'hypothèse que l'altération inverse pourrait jouer un rôle dans le cycle de la silice au niveau des sources hydrothermales est émise et étudiée^[5] . Les sources hydrothermales de basse température libèrent de l'acide silicique provenant de la croûte terrestre et, avant qu'il ne puisse sortir du fond marin, il se refroidit et précipite sous forme d'argile, comme une smectite^[11]. Les proportions dans lesquelles l’altération inverse des sources hydrothermales s’insère au cycle global de la silice sont en discussion dans le milieu de la recherche^{[16],[17],[11]}.

En 1933, Victor Moritz Goldschmidt a proposé pour la première fois une réaction dans laquelle les roches ignées et les substances volatiles interagiraient pour générer des sédiments et de l'eau de mer^{[18],[19],[20]}. Lars Gunnar Sillén suggérera par la suite que les réactions engendrant la formation de silicates ont potentiellement influencé la composition et le pH de l'eau de mer, en 1959^[19]. Au moment de la proposition de Sillén, les constantes thermodynamiques des réactions des minéraux argileux n'étaient pas connues et il y avait très peu d'indicateurs thermodynamiques de l'existence d'une telle réaction^[21]. Par la suite, Frederick Mackenzie et Robert Garrels ont intégré les recherches de Goldschmidt et Sillén avec le concept de réactions de régénération pour élaborer la théorie de l'altération inverse en 1966^[4]. Depuis lors, l’altération inverse a été utilisée comme explication possible de diverses réactions et observations du milieu marin.

De nos jours, l'importance de l'altération inverse est encore largement discutée. L'échelle globale de ce processus n'a pas encore été pleinement évaluée, mais des conclusions peuvent être déduites à partir d'exemples spécifiques observés localement^[22].

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Reverse weathering » (voir la liste des auteurs).

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