Comment la Terre a-t-elle obtenu son eau ?

La 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 débattent encore de l'origine de tout ce liquide vital. On pensait qu'au moins une partie avait été amenée ici par des comètes ou des astéroïdes, mais cette idée n'explique toujours pas commenttellement del'eau s'est retrouvée à la surface de la Terre - et en profondeur également. Aujourd'hui, une équipe de scientifiques de l'Arizona State University (ASU), dirigée parPeter Buseck, a mis au point unnouvelle proposition. Le nouveauÉvalués par les pairsle papier étaitpubliédans leJournal of Geophysical Research : Planètesle 9 octobre 2018.

La nouvelle recherche suggère que l'eau de la Terre provient deles deuxmatériel rocheux, comme les astéroïdes,etdu vaste nuage de poussière et de gaz restant après la formation du soleil, appelé lenébuleuse solaire.

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L'eau océanique de la Terre est similaire à celle trouvée dans les astéroïdes. C'est l'une des raisons pour lesquelles les scientifiques ont longtemps pensé que la plupart de l'eau terrestre provenait d'un bombardement d'astéroïdes à l'époque du système solaire primitif. Le rapport dedeutérium– un hydrogène plus lourdisotope– à l'hydrogène normal est une signature chimique unique dans diverses sources d'eau. Dans le cas des océans de la Terre, le rapport deutérium/hydrogène est proche de ce que l'on trouve dans les astéroïdes. Mais,selon Steven Desch, également chez ASU et l'un des membres de l'équipe :

C'est un peu un angle mort dans la communauté. 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.

Une partie de la première eau de la Terre provenait de la collision d'embryons planétaires contenant de l'eau astéroïde. Image via J. Wu/S. Desch/ASU.



juin Wu |à 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 réservoir prédominant d'hydrogène dans notre système solaire primitif.

L'hydrogène dans les océans de la Terrepeut ne pas représenter l'hydrogèneà travers la planète dans son ensemble, cependant. Des échantillons d'hydrogène provenant des profondeurs de la Terre, près de la frontière entre le noyau et le manteau, contiennent notamment moins de deutérium, ce qui indique que cet hydrogène peutne passont venus des astéroïdes, après tout. Lesgaz noblesde l'hélium et du néon, avec des signatures isotopiques héritées de la nébuleuse solaire, ont également été trouvés dans le manteau terrestre.

Comment expliquer ces différences ? Les chercheurs devaient développer un nouveau modèle théorique de la formation de la Terre pour répondre à cette question. Selon le modèle, la Terre était la plus grande des nombreusesembryons planétaires- aliasprotoplanètes– au début du système solaire.

Essentiellement, leur modèle montre de gros astéroïdes gorgés d'eau qui finissent par se transformer en planètes comme la Terre à la suite de collisions.

On pense qu'une grande partie de l'eau de la Terre proviendrait d'astéroïdes ayant impacté la planète au début de son histoire. Image via la NASA/Don Davis.

La surface de la toute 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, s'est dissous dans le fer en fusion de l'océan magmatique.

L'hydrogène a ensuite été attiré vers le centre de la Terre - un processus appeléfractionnement isotopique. L'hydrogène a été livré au cœur par son attraction pour le fer, tandis qu'une grande partie de l'isotope le plus lourd, le deutérium, est resté dans le magma qui s'est finalement refroidi 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 avaitgaz noblesprofondément dans son intérieur, avec un rapport deutérium/hydrogène plus faible dans son noyau que dans son manteau et ses océans. La plupart de l'eau de la Terrefaitproviennent d'astéroïdes, mais certains proviennent également de la nébuleuse solaire. Comme Wu l'a noté :

Pour 100 molécules d'eau terrestre, 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 entourait le jeune soleil au début de l'histoire du système solaire. On pense maintenant qu'une partie de l'eau de la Terre provient également 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 glace et auraient en théorie pu fournir de l'eau. Mais il existe une autre façon de penser aux sources d'eau à l'époque de la formation du système solaire. Parce que l'eau est de l'hydrogène plus de l'oxygène et que l'oxygène est abondant, toute source d'hydrogène aurait pu être à l'origine de l'eau de la Terre.

De plus, les comètes ont des rapports deutérium/hydrogène (D/H) plus élevés, elles ne sont donc pas de bonnes sources pour l'eau de la Terre. Le rapport D/H de l'hydrogène gazeux dans la nébuleuse solaire n'était que de 21ppm, trop bas pour avoir fourni la majeure partie de l'eau sur Terre. Les astéroïdes sont un bien meilleur match, avec la nébuleuse solaire.

Les nouveaux résultats de l'étude pourraient également avoir des implications pour 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 rochesexoplanètesen orbite autour d'autres étoiles. Beaucoup de ces mondes ont maintenant été découverts, et s'il y a une plus grande chance pour que certains d'entre eux aient également 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.

Bottom line: L'origine de l'eau de la Terre a été débattue pendant longtemps, mais cette nouvelle étude pointe vers une source - la nébuleuse solaire, ou nuage de gaz et de poussière laissés après la formation du soleil - qui avait été auparavant largement négligée. Les nouveaux travaux, basés sur la modélisation informatique, pourraient avoir des implications pour les mondes rocheux en orbite autour d'étoiles lointaines.

Source : Origine de l'eau de la Terre : héritage chondritique plus absorption nébulaire et stockage de l'hydrogène dans le noyau

Via l'Université d'État de l'Arizona