théorie-origine-eau-sur-terre

Selon de nouvelles recherches, l’eau de la Terre pourrait provenir à la fois de matériaux astéroïdaux et de gaz provenant de la formation du Soleil. Cette découverte pourrait donner aux scientifiques d’importantes informations sur le développement d’autres planètes et leur potentiel pour soutenir la vie.

Une théorie pour la présence de l’eau sur Terre

Dans une nouvelle étude publiée dans le Journal of Geophysical Research: Planets, un journal de l’American Geophysical Union, les chercheurs proposent une nouvelle théorie pour aborder le mystère de longue date de l’origine et de la provenance de l’eau de la Terre. Cette nouvelle étude remet en question les idées largement acceptées sur l’hydrogène dans l’eau de la Terre en suggérant que l’élément proviendrait en partie de nuages de poussière et de gaz qui subsistent après la formation du Soleil, appelé la nébuleuse solaire.

Pour identifier les sources d’eau sur Terre, les scientifiques ont cherché des sources d’hydrogène plutôt que d’oxygène, parce que cette dernière composante de l’eau est beaucoup plus abondante dans le système solaire.

De nombreux scientifiques ont toujours soutenu une théorie selon laquelle toute l’eau de la Terre provenait d’astéroïdes en raison des similitudes entre l’eau de l’océan et l’eau trouvée sur les astéroïdes. Le rapport du deutérium, un isotope plus lourd de l’hydrogène, à l’hydrogène normal sert de signature chimique unique des sources d’eau. Dans le cas des océans de la Terre, ce rapport deutérium-hydrogène est proche de celui des astéroïdes.

Mais l’océan ne raconte peut-être pas toute l’histoire de l’hydrogène de la Terre, selon les auteurs de l’étude. « C’est un peu un angle mort dans la communauté », a déclaré Steven Desch, professeur d’astrophysique à la School of Earth and Space Exploration de l’Arizona State University à Tempe, en Arizona, et coauteur de la nouvelle étude, dirigée par Peter Buseck, professeur de Regents à la School of Earth and Space Exploration et à la School of Molecular Sciences de l’Arizona State University.

Le rapport deutérium-hydrogène

« Quand les gens mesurent le rapport deutérium-hydrogène dans l’eau de mer et qu’ils voient qu’il est assez proche de ce que nous voyons dans les astéroïdes, il était toujours facile de croire que tout venait des astéroïdes. » Des recherches plus récentes suggèrent que l’hydrogène dans les océans de la Terre ne représente pas l’hydrogène dans l’ensemble de la planète, ont déclaré les auteurs de l’étude.

Des échantillons d’hydrogène provenant des profondeurs de la Terre, près de la limite entre le noyau et le manteau, contiennent beaucoup moins de deutérium, ce qui indique que cet hydrogène ne provient peut-être pas d’astéroïdes. Les gaz nobles hélium et de néon, avec des signatures isotopiques héritées de la nébuleuse solaire, ont aussi été trouvés dans le manteau de la Terre.

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont développé un nouveau modèle théorique de la formation de la Terre pour expliquer ces différences entre l’hydrogène dans les océans de la Terre et à la limite entre le noyau et le manteau, ainsi que la présence de gaz nobles au plus profond de la planète.

Modeler le début de la Terre

Selon leur nouveau modèle, il y a plusieurs milliards d’années, de grands astéroïdes gorgés d’eau ont commencé à s’écraser sur la planète tandis que la nébuleuse solaire tournoyait encore autour du Soleil. Ces astéroïdes, connus sous le nom d’embryons planétaires, sont entrés en collision et se sont rapidement développés. Finalement, une collision a introduit assez d’énergie pour faire fondre la surface du plus grand embryon dans un océan de magma. Ce plus grand embryon deviendra éventuellement la Terre.

Les gaz de la nébuleuse solaire, y compris l’hydrogène et les gaz rares, ont été aspirés par le grand embryon recouvert de magma pour former une ancienne atmosphère. L’hydrogène nébulaire, qui contenait moins de deutérium et est plus léger que l’hydrogène astéroïdal, dissous dans le fer fondu de l’océan magmatique.

Par un processus appelé fractionnement isotopique, l’hydrogène a été tiré vers le centre de la nouvelle Terre. L’hydrogène, qui est attiré par le fer, a été livré au cœur par le métal, tandis qu’une grande partie de l’isotope plus lourd, le deutérium, est resté dans le magma qui a finalement refroidi et est devenu le manteau, selon les auteurs de de cette étude.

Les impacts de petits embryons et d’autres objets ont continué d’ajouter de l’eau et de la masse jusqu’à ce que la Terre atteigne sa taille finale. Ce nouveau modèle laisserait la Terre avec des gaz nobles profondément à l’intérieur de son manteau et un rapport deutérium-hydrogène plus faible dans son noyau que dans son manteau et ses océans.

Les auteurs ont utilisé ce modèle pour estimer la quantité d’hydrogène provenant de chaque source. Ils ont conclu que la plupart étaient d’origine astéroïdale, mais qu’une partie de l’eau de la Terre provenait de la nébuleuse solaire.

« Pour 100 molécules d’eau de la Terre, il y en a une ou deux provenant de la nébuleuse solaire », a déclaré Jun Wu, professeur adjoint de recherche à la School of Molecular Sciences et à la School of Earth and Space Exploration de l’Université d’État de l’Arizona et auteur principal de cette étude.

Un modèle perspicace

Cette étude offre également aux scientifiques de nouvelles perspectives sur le développement d’autres planètes et leur potentiel pour soutenir la vie, ont déclaré les auteurs. Les planètes semblables à la Terre dans d’autres systèmes solaires n’ont peut-être pas toutes accès aux astéroïdes chargés d’eau. Cette nouvelle étude suggère que ces exoplanètes auraient pu obtenir de l’eau par la nébuleuse solaire de leur propre système solaire.

« Ce modèle suggère que la formation inévitable de l’eau se produirait probablement sur n’importe quelle exoplanète rocheuse, suffisamment grande dans les systèmes extrasolaires », a déclaré Wu. « Je pense que c’est très excitant. » Anat Shahar, géochimiste à la Carnegie Institution for Science, qui n’a pas participé à cette étude, a noté le facteur de fractionnement de l’hydrogène, qui décrit comment le rapport deutérium-hydrogène change lorsque l’élément se dissout dans le fer, est actuellement inconnu et difficile à mesurer.

Pour cette nouvelle étude, cette propriété de l’hydrogène a dû être estimée. Ce nouveau modèle, qui cadre bien avec la recherche actuelle, pourrait être testé une fois que les expériences auront révélé le facteur de fractionnement de l’hydrogène, a déclaré Shahar.

Une alternative très créative à un vieux problème

« Cette étude est une alternative très créative à un vieux problème », a déclaré Shahar. « Les auteurs ont fait un bon travail d’estimation de ce que seraient ces différents facteurs de fractionnement sans avoir fait les expériences nécessaires. »

Source : American Geophysical Union