Une étude de Caltech a révélé que la Terre primitive s’est formée à partir de matériaux chauds et secs, ce qui indique que l’eau est arrivée tardivement au cours de la formation de la Terre. Cette étude a utilisé des magmas provenant de différentes couches de l’intérieur de la Terre, apportant un éclairage unique sur la formation de la planète.
Une nouvelle étude de Caltech suggère que la Terre primitive s’est formée à partir de matériaux chauds et secs, ce qui implique que l’eau est arrivée tardivement lors de la formation de la Terre. Les recherches, qui s’appuient sur des indices provenant de différentes couches du manteau, suggèrent que des ajouts importants de matières volatiles n’ont eu lieu qu’au cours des dernières étapes de la formation de la Terre, ce qui a un impact sur les théories relatives à la formation des planètes terrestres.
Il y a des milliards d’années, dans le disque géant de poussière, de gaz et de matière rocheuse en orbite autour de notre jeune soleil, des corps de plus en plus grands ont fusionné pour donner naissance aux planètes, aux lunes et aux astéroïdes que nous voyons aujourd’hui. Les scientifiques tentent toujours de comprendre les processus de formation des planètes, y compris de notre planète.
L’un des moyens dont disposent les chercheurs pour étudier la formation de la Terre consiste à examiner les magmas qui s’écoulent des profondeurs de la planète. Les signatures chimiques de ces échantillons contiennent un enregistrement du moment et de la nature des matériaux qui se sont assemblés pour former la Terre, un peu comme les fossiles nous donnent des indices sur le passé biologique de la Terre.
Aujourd’hui, une étude du Caltech montre que la Terre primitive s’est accrétée à partir de matériaux chauds et secs, ce qui indique que l’eau de notre planète – élément crucial pour l’évolution de la vie – a dû arriver tardivement dans l’histoire de la formation de la Terre.
L’étude, à laquelle a participé une équipe internationale de chercheurs, a été menée dans les laboratoires de François Tissot, professeur adjoint de géochimie et chercheur à l’Institut de recherche médicale du patrimoine, et de Yigang Zhang, de l’Université de l’Académie chinoise des sciences. Un article décrivant la recherche a été récemment publié dans la revue Science Advances. Weiyi Liu, étudiant diplômé de Caltech, est le premier auteur de l’article.
Bien que l’homme n’ait aucun moyen de voyager à l’intérieur de notre planète, les roches qui se trouvent dans les profondeurs de la terre peuvent naturellement remonter à la surface sous forme de laves. Les magmas parentaux de ces laves peuvent provenir de différentes profondeurs de la Terre, comme le manteau supérieur, qui commence à environ 15 kilomètres sous la surface et s’étend sur environ 680 kilomètres, ou le manteau inférieur, qui s’étend d’une profondeur de 680 kilomètres jusqu’à la limite entre le noyau et le manteau, à environ 2 900 kilomètres sous nos pieds.
Comme pour les différentes couches d’un gâteau – le glaçage, la garniture, l’éponge – les scientifiques peuvent étudier les magmas provenant de différentes profondeurs pour comprendre les différentes « saveurs » des couches de la Terre : les produits chimiques qui s’y trouvent et leurs proportions les uns par rapport aux autres.
Étant donné que la formation de la Terre n’a pas été instantanée et que des matériaux se sont accumulés au fil du temps, les échantillons du manteau inférieur et du manteau supérieur fournissent des indices différents sur ce qui s’est passé au fil du temps pendant l’accrétion de la Terre. Dans cette nouvelle étude, l’équipe a constaté que la Terre primitive était principalement composée de matériaux secs et rocheux : les signatures chimiques prélevées dans les profondeurs de la planète ont révélé l’absence de substances dites volatiles, qui sont des matériaux qui s’évaporent facilement, tels que l’eau et l’iode.
En revanche, des échantillons du manteau supérieur ont révélé une proportion plus élevée de substances volatiles, trois fois supérieure à celle trouvée dans le manteau inférieur. Sur la base de ces rapports chimiques, Liu a créé un modèle qui montre que la Terre s’est formée à partir de matériaux rocheux chauds et secs, et qu’un apport important de substances volatiles essentielles à la vie, y compris l’eau, ne s’est produit qu’au cours des 15 derniers pourcents (ou moins) de la formation de la Terre.
L’étude est une contribution cruciale aux théories de la formation des planètes, un domaine qui a connu plusieurs changements de paradigme au cours des dernières décennies et qui est toujours caractérisé par un débat scientifique vigoureux. Dans ce contexte, la nouvelle étude fait d’importantes prédictions sur la nature des éléments constitutifs d’autres planètes terrestres – Mercure et Vénus – qui devraient s’être formées à partir de matériaux aussi secs.
« L’exploration spatiale des planètes extérieures est très importante, car un monde aquatique est probablement le meilleur endroit pour chercher de la vie extraterrestre », déclare Tissot. « Mais il ne faut pas oublier le système solaire interne. Aucune mission n’a touché la surface de Vénus depuis près de 40 ans, et il n’y a jamais eu de mission à la surface de Mercure. Nous devons pouvoir étudier ces mondes pour mieux comprendre comment les planètes terrestres comme la Terre se sont formées. »
Référence : « I/Pu reveals Earth mainly accreted from volatile-poor differentiated planetesimals » par Weiyi Liu, Yigang Zhang, François. L. H. Tissot, Guillaume Avice, Zhilin Ye et Qing-Zhu Yin, 5 juillet 2023, Science Advances.
DOI : 10.1126/sciadv.adg9213
Outre Liu et Tissot, les co-auteurs sont Zhang de l’Université de l’Académie chinoise des sciences, Guillaume Avice de l’Université Paris Cité, Institut de physique du globe de Paris, Zhilin Ye de l’Académie chinoise des sciences et Qing-Zhu Yin de l’Université de Californie, Davis. Le financement a été assuré par l’Académie chinoise des sciences, la National Science Foundation, une bourse Packard pour la science et l’ingénierie, l’Heritage Medical Research Institute et Caltech.