Les origines de l’eau de la Terre remises en question

Selon de nouvelles recherches, l’eau de la Terre pourrait provenir d’astéroïdes et de gaz laissés par la formation du Soleil. La découverte a des implications profondes à la fois pour les origines de la vie sur Terre et pour la possibilité de vivre ailleurs dans l'univers.

L'étude, publiée dans le Journal of Geophysical Research: Planets, jette un doute sur la croyance ancienne en la source de l'eau de la Terre en suggérant que l'hydrogène, qui constitue la majeure partie de la molécule d'eau, pourrait provenir de la nébuleuse solaire, de nuages ​​de gaz et de poussières. reste de la formation de notre étoile.

modèles précédents ont suggéré que l'eau de la Terre a été livrée via l'impact d'astéroïdes

Les modèles précédents reliaient l'eau trouvée sur Terre à celle trouvée sur les astéroïdes, ce qui signifie que la majorité de l'eau fournie à la surface de la planète résultait d'impacts de ces objets. La proportion de deutérium, un isotope plus lourd de l’hydrogène, dans l’eau de mer est semblable à la proportion trouvée sur les astéroïdes. Les scientifiques ont traditionnellement utilisé cette méthode de traçage de l’hydrogène pour découvrir les origines de l’eau tout simplement parce que c’est l’élément le plus abondant de l’univers.

Horizon terrestre vu à bord de la Station spatiale internationale (NASA)

Pour mener leur enquête, l’équipe 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, a adopté une approche différente.

Steven Desch, professeur d’astrophysique à l’école d’exploration de la Terre et de l’espace de l’Université de l’Arizona à Tempe (Arizona) et co-auteur de la nouvelle étude, explique: «Quand les gens mesurent le rapport [deutérium-hydrogène] dans l’eau de mer et ils voient que c'est assez proche de ce que nous voyons dans les astéroïdes, il était toujours facile de croire que tout venait d'astéroïdes. "

Les auteurs du document sont allés plus loin, suggérant que l’hydrogène dans les océans de la Terre ne représente pas l’hydrogène sur toute la planète. Les échantillons d'hydrogène des profondeurs de la Terre, près de la limite entre le noyau et le manteau, contiennent nettement moins de deutérium, ce qui indique que cet hydrogène pourrait ne pas provenir d'astéroïdes. Des gaz nobles, l’hélium et le néon, avec des signatures isotopiques héritées de la nébuleuse solaire, ont également été retrouvés dans le manteau terrestre.

Leur nouveau modèle théorique vise à expliquer ces divergences.

Un nouveau modèle d’origine terrestre

Selon le nouveau modèle suggéré dans le document, il y a plusieurs milliards d'années, de gros astéroïdes gorgés d'eau ont commencé à se développer en planètes, tandis que la nébuleuse solaire tournait toujours autour du Soleil.

Ces astéroïdes, appelés embryons planétaires, sont entrés en collision et se sont développés rapidement. Finalement, une collision a introduit suffisamment d’énergie pour faire fondre la surface du plus gros embryon en un océan de magma. Ce plus gros embryon deviendrait finalement la Terre.

Conception artistique de la poussière et des gaz entourant un système planétaire nouvellement formé (NASA)

Les gaz de la nébuleuse solaire, y compris l'hydrogène et les gaz rares, ont été aspirés par le gros embryon recouvert de magma pour former une atmosphère précoce. L'hydrogène nébulaire, qui contient moins de deutérium et est plus léger que l'hydrogène astéroïde, se dissout dans le fer en fusion de l'océan magma.

Par un processus appelé fractionnement isotopique, l’hydrogène a été entraîné vers le centre de la jeune Terre. L’hydrogène, qui est attiré par le fer, est acheminé jusqu’au noyau par le métal, tandis que le deutérium, l’isotope le plus lourd, est resté dans le magma qui a fini par se refroidir et devenir le manteau, selon les auteurs de l’étude. Les impacts d’embryons plus petits et d’autres objets ont ensuite continué à ajouter de l’eau et une masse totale jusqu’à ce que la Terre atteigne sa taille finale.

Ce nouveau modèle laisserait la Terre avec des gaz rares au fond de son manteau et un ratio deutérium / hydrogène plus bas dans son noyau que dans son manteau et ses océans.

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

"Sur 100 molécules d'eau de la Terre, il y en a une ou deux provenant de la nébuleuse solaire", a déclaré Jun Wu, professeur-chercheur adjoint à la School of Molecular Sciences et à la School of Earth and Space Exploration de l'Arizona State University. étude.

Un modèle plus perspicace?

Alors que nous comprenons bien l’importance de l’eau liquide pour la vie, ce modèle pourrait bien offrir aux scientifiques de nouvelles perspectives sur l’évolution de la vie et la capacité de soutien des autres planètes. Cela suggère que malgré le fait qu’ils n’ont pas accès à un approvisionnement en eau fourni par les impacts d’astéroïdes, les exoplanètes peuvent toujours avoir de l’eau liquide en raison des restes de nébuleuses solaires à gaz dans leurs systèmes.

Wu a déclaré: «Ce modèle suggère que la formation inévitable d'eau se produirait probablement sur les exoplanètes rocheuses suffisamment grandes dans les systèmes extrasolaires.

"Je pense que c'est très excitant."

Anat Shahar, géochimiste à la Carnegie Institution for Science, qui n'a pas participé à l'étude, a également été impressionné par ce nouveau modèle: «Ce document est une alternative très créative à un problème ancien.

«Les auteurs ont bien évalué ce que seraient ces différents facteurs de fractionnement sans effectuer les expériences.»

Comme le suggère Shahar, la prochaine étape pour les astrochimistes consiste à mettre au point des expérimentations pour tester ce modèle. Cela peut impliquer une étude du facteur de fractionnement de l'hydrogène, qui décrit comment le rapport deutérium sur hydrogène change lorsque l'élément se dissout dans le fer, ce qui est à la fois inconnu et difficile à mesurer.

Recherche originale: «Origine de l’eau de la Terre: héritage chondritique et ingestion nébulaire et stockage de l’hydrogène dans le cœur», Wu, Desch, Schaefer, et al, (2018), Journal of Geophysical Research-Planets