La collision planétaire qui a créé la lune a peut-être aussi rendu possible la vie sur Terre

De nouvelles recherches suggèrent que la plupart des éléments essentiels de la Terre, y compris le carbone et l’azote qui composent notre corps, pourraient provenir d’une autre planète et être arrivés de manière très violente et dramatique.

L'étude des pétrologistes de l'Université Rice, publiée dans la revue Science Advances, suggère que l'essentiel des éléments volatils essentiels à la vie ont été ensemencés sur Terre il y a 4,4 milliards d'années, lors de l'impact de la création de la lune.

L'un des co-auteurs de l'étude, Rajdeep Dasgupta, l'investigateur principal de CLEVER Planets, financé par la NASA, a déclaré: «D'après l'étude des météorites primitives, les scientifiques savent depuis longtemps que la Terre et d'autres planètes rocheuses du système solaire interne sont volatiles. appauvri.

«Mais le calendrier et le mécanisme de la livraison volatile ont été vivement débattus. Notre premier scénario peut expliquer le calendrier et la livraison de manière cohérente avec toutes les preuves géochimiques. ”

Une théorie de la façon dont la lune s'est formée suggère qu'elle l'a fait avec des matériaux projetés de la Terre après une collision planétaire. Mais de nouvelles recherches suggèrent que l'impact aurait peut-être aussi ensemencé la Terre avec les éléments nécessaires à la vie (National Geographic)

Les planètes CLEVER explorent la manière dont des éléments essentiels à la vie pourraient se réunir sur des planètes rocheuses lointaines afin de mieux comprendre l’origine des éléments essentiels à la vie sur Terre et leurs implications au-delà de notre système solaire.

Dasgupta poursuit: «Cette étude suggère qu’une planète rocheuse ressemblant à la Terre aura plus de chances d’acquérir des éléments essentiels à la vie si elle se forme et se développe à partir d’impacts géants avec des planètes ayant échantillonné différents blocs de construction, peut-être de différentes parties d’un disque protoplanétaire.

«Cela supprime certaines conditions aux limites. Cela montre que des substances volatiles essentielles à la vie peuvent arriver aux couches superficielles d'une planète, même si elles ont été produites sur des corps planétaires ayant subi la formation de noyaux dans des conditions très différentes. "

Dasgupta a déclaré qu’il ne semblait pas que le silicate en vrac de la Terre, à lui seul, aurait pu atteindre les budgets volatils essentiels à la vie qui ont produit notre biosphère, notre atmosphère et notre hydrosphère.

"Cela signifie que nous pouvons élargir notre recherche de voies qui mènent à la réunion d'éléments volatils sur une planète pour soutenir la vie telle que nous la connaissons."

Sous pression: collecte de preuves et construction de modèles

L’équipe a rassemblé ses preuves en réalisant des expériences sous haute pression et haute température dans un laboratoire de géophysique spécialisé dans l’étude des réactions géothermiques au fond de la surface de la Terre.

Les expériences ont permis à l’auteur principal, l’auteur principal de l’étude, Damanveer Grewal, de rassembler des preuves permettant de vérifier une théorie de longue date selon laquelle les volatiles de la Terre seraient issus d’une collision avec une planète embryonnaire dotée d’un noyau riche en soufre. La teneur en soufre du noyau de la planète donneuse est importante en raison de la panoplie de preuves expérimentales concernant le carbone, l’azote et le soufre qui existent dans toutes les parties de la Terre, à l’exception du noyau.

Schéma illustrant la formation d'une planète de la taille de Mars (à gauche) et sa différenciation en un corps doté d'un noyau métallique et d'un réservoir de silicate sus-jacent. Le noyau riche en soufre expulse le carbone, produisant du silicate avec un rapport carbone / azote élevé. La collision de cette planète avec la Terre en croissance (à droite) peut expliquer l'abondance d'eau et d'éléments essentiels à la vie tels que le carbone, l'azote et le soufre, ainsi que la similarité géochimique entre la Terre et la Lune (Rajdeep Dasgupta )

Grewal, un étudiant diplômé, a déclaré: «Le noyau n’interagit pas avec le reste de la Terre, mais tout ce qui se trouve au-dessus, le manteau, la croûte terrestre, l’hydrosphère et l’atmosphère sont tous reliés. Les cycles matériels entre eux. "

Échauffement: concurrence avec les modèles existants

Une idée de longue date sur la manière dont la Terre recevait ses substances volatiles était la théorie du «vernis tardif» selon laquelle des météorites riches en volatiles, des fragments de matière primordiale laissés par le système solaire extérieur, sont arrivées après la formation du noyau de la Terre. Et bien que les signatures isotopiques des volatiles de la Terre correspondent à ces objets primordiaux, appelés chondrites carbonées, le rapport élémentaire carbone-azote est désactivé. Les matériaux non essentiels de la Terre, que les géologues appellent la masse de silicate en vrac, contiennent environ 40 parties de carbone pour chaque partie d’azote, soit environ le double du rapport 20–1 observé dans les chondrites carbonées.

Une étude menée par des scientifiques de l'Université Rice (à gauche) Gelu Costin, Chenguang Sun, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta et Kyusei Tsuno a révélé que la Terre avait très probablement reçu l'essentiel de ses éléments carbonés, azotés et essentiels à la vie, à la suite de la collision planétaire ayant créé la lune. il y a plus de 4,4 milliards d'années. Les résultats paraissent dans la revue Science Advances. (Jeff Fitlow / Université Rice)

L'équipe a testé l'idée qu'un noyau planétaire riche en soufre pourrait exclure le carbone ou l'azote, ou les deux, en laissant des fractions beaucoup plus grandes de ces éléments dans le silicate en vrac par rapport à la Terre. Les expérimentateurs ont créé des modèles qui ont examiné la quantité de carbone et d'azote entrant dans le noyau selon trois scénarios: pas de soufre, 10% de soufre et 25% de soufre.

Expliquant les résultats, Grewal a déclaré: «L’azote n’a été en grande partie pas affecté. Il est resté soluble dans les alliages par rapport aux silicates et n'a commencé à être exclu du noyau que sous la concentration de soufre la plus élevée. ”

Le carbone, en revanche, était considérablement moins soluble dans les alliages ayant des concentrations en soufre intermédiaires, et les alliages riches en soufre absorbaient environ 10 fois moins de carbone en poids que les alliages sans soufre.

L’équipe a ensuite utilisé ces résultats et les ratios connus d’éléments sur des corps terrestres et non terrestres pour concevoir une simulation informatique permettant de découvrir le scénario le plus probable donnant lieu à la volatilité de la Terre. Pour trouver la solution, il a fallu faire varier les conditions de départ, exécuter environ 1 milliard de scénarios et les comparer aux conditions connues du système solaire.

Grewal poursuit: «Ce que nous avons découvert, c’est que toutes les preuves, les signatures isotopiques, le rapport carbone / azote et les quantités globales de carbone, d’azote et de soufre dans le silicate en vrac Terre, concordent avec l’impact de la formation de la lune sur un , Planète de la taille de Mars avec un noyau riche en soufre. "

Recherche originale: 10.1126 / sciadv.aau3669