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Terre, la planète de l'eau. Image via la NASA.
La Terre est riche en eau, et ce depuis quelques milliards d'années, mais les scientifiques discutent toujours du point de savoir d'où venait tout ce liquide indispensable à la vie. Au moins une partie de celle-ci aurait été apportée ici par des comètes ou des astéroïdes, mais cette idée ne permet toujours pas d'expliquer comment tellement de l’eau se retrouvait à la surface de la Terre – et aussi en profondeur. À présent, une équipe de scientifiques de l’Université d’Arizona (ASU), dirigée par Peter Buseck, a présenté une nouvelle proposition. Le nouvel article revu par des pairs a été publié dans le Journal of Geophysical Research: Planètes le 9 octobre 2018.
La nouvelle recherche suggère que l’eau de la Terre provient de tous les deux matériau rocheux, tels que les astéroïdes, et du vaste nuage de poussière et de gaz qui subsiste après la formation du soleil, appelée nébuleuse solaire.
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L’eau des océans est semblable à celle des astéroïdes. C’est une des raisons pour lesquelles les scientifiques pensent depuis longtemps que la plus grande partie de l’eau terrestre provient d’un bombardement d’astéroïdes au début du système solaire. Le rapport entre le deutérium – un isotope d'hydrogène plus lourd – et l'hydrogène normal est une signature chimique unique dans diverses sources d'eau. Dans le cas des océans de la Terre, le rapport entre le deutérium et l’hydrogène est proche de celui des astéroïdes. Mais, selon Steven Desch, également à l'USS et l'un des membres de l'équipe:
C’est un peu un angle mort dans la communauté. Quand les gens mesurent la [deuterium-to-hydrogen] rapport 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 cela venait d’astéroïdes.
Une partie de la première eau de la Terre provient d’embryons planétaires en collision avec de l’eau astéroïde. Image via J. Wu / S. Desch / ASU.
Jun Wu de l'ASU est l'auteur principal de l'étude. Il ajouta:
La nébuleuse solaire a reçu le moins d'attention parmi les théories existantes, bien qu'elle ait été le principal réservoir d'hydrogène dans notre système solaire initial.
Cependant, l’hydrogène dans les océans de la Terre peut ne pas représenter l’hydrogène dans l’ensemble de 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 peut ne pas sont venus des astéroïdes, après tout. Des gaz rares, l’hélium et le néon, portant des signatures isotopiques héritées de la nébuleuse solaire, ont également été retrouvés dans le manteau terrestre.
Comment expliquer ces différences? Les chercheurs devaient développer un nouveau modèle théorique de formation de la Terre pour répondre à cette question. Selon le modèle, la Terre était la plus grande des nombreuses embryons planétaires – aka protoplanètes – dans le système solaire primitif.
Leur modèle montre essentiellement de gros astéroïdes gorgés d'eau qui se transforment en planètes comme la Terre par le biais de collisions.
Une bonne partie de l’eau de la Terre proviendrait d’astéroïdes ayant eu un impact sur la planète au début de son histoire. Image via NASA / Don Davis.
La surface de la très jeune Terre était initialement un océan de magma. L'hydrogène et les gaz rares de la nébuleuse solaire ont été attirés vers l'embryon planétaire, formant la première atmosphère. 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.
L’hydrogène a ensuite été entraîné vers le centre de la Terre – un processus appelé fractionnement isotopique. L'hydrogène était acheminé jusqu'au noyau par son attirance pour le fer, tandis qu'une grande partie de l'isotope le plus lourd, le deutérium, restait dans le magma qui finissait par se refroidir pour former le manteau. Les impacts d’embryons planétaires plus petits et d’autres objets ont continué à ajouter de l’eau et de la masse jusqu’à ce que la Terre atteigne sa taille finale.
Le résultat final était que la Terre avait des gaz nobles profondément dans son intérieur, avec un rapport de deutérium à hydrogène plus bas dans son noyau que dans son manteau et ses océans. La plupart des eaux de la Terre fait proviennent d’astéroïdes, mais certains proviennent également de la nébuleuse solaire. Comme l'a noté Wu:
Sur 100 molécules d’eau de la Terre, il y en a une ou deux provenant de la nébuleuse solaire.
Concept d’artiste de la nébuleuse solaire – un disque géant de gaz et de poussière – qui a entouré le jeune soleil au début de l’histoire du système solaire. On pense maintenant qu'une partie de l'eau de la Terre est également venue d'ici. Image via ESO / L. Calçada.
Alors qu'en est-il des comètes, puisqu'elles contiennent tellement de glace d'eau? Selon Desch:
Les comètes contiennent beaucoup de glaces et, en théorie, auraient pu fournir de l'eau. Mais il existe une autre façon de penser aux sources d’eau dans les jours de formation du système solaire. L’eau étant l’hydrogène et l’oxygène en abondance, toute source d’hydrogène aurait pu servir d’origine à l’eau de la Terre.
En outre, les comètes ont des ratios de deutérium à hydrogène (D / H) plus élevés et ne constituent donc pas de bonnes sources d’eau pour la Terre. Le rapport D / H de l'hydrogène gazeux dans la nébuleuse solaire n'était que de 21 ppm, ce qui est trop faible pour avoir fourni la plus grande partie de l'eau disponible sur Terre. Les astéroïdes sont bien mieux assortis, de même que la nébuleuse solaire.
Les résultats de cette nouvelle étude pourraient également avoir des conséquences sur les exoplanètes rocheuses en orbite autour d’autres étoiles, telles que la super-Terre Wolf 1061c dans l’image conceptuelle de cet artiste. Beaucoup d'entre eux pourraient avoir une eau abondante, tout comme la Terre. Image via NASA / Ames / JPL-Caltech.
Enfin, les nouveaux résultats ont des implications pour les exoplanètes rocheuses en orbite autour d’autres étoiles. Beaucoup de ces mondes ont maintenant été découverts, et s’ils ont plus de chance d’avoir de l’eau liquide, cela augmente également les chances que ces planètes soient habitables. Selon les chercheurs:
Nos résultats suggèrent que la formation d'eau est probablement inévitable sur des planètes rocheuses suffisamment grandes dans les systèmes extrasolaires.
Conclusion: l’origine de l’eau de la Terre fait depuis longtemps l’objet d’un débat, mais cette nouvelle étude laisse entrevoir une source – la nébuleuse solaire, ou nuage de gaz et de poussières laissés après la formation du soleil – qui avait été en grande partie ignorée. Le nouveau travail, basé sur la modélisation informatique, pourrait avoir des implications pour les mondes rocheux en orbite autour d'étoiles lointaines.
Source: Origine de l’eau de la Terre: Héritage chondritique, ingestion nébulaire et stockage de l’hydrogène dans le noyau
Via Arizona State University
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