Les éléments volatils auraient été accrétés très tôt dans l'histoire de la Terre. © sdecoret, Adobe Stock
Planète

L’origine des composants terrestres révélée par la composition du manteau inférieur

ActualitéClassé sous :Terre , manteau inférieur , manteau terrestre

D'où proviennent le carbone, l'azote, et l'eau qui ont rendu la Terre habitable ? Encore aujourd'hui, cette question reste intensément débattue. Pourtant, un élément chimique en particulier pourrait aider à résoudre cette énigme, ou du moins à avancer sur la voie de la connaissance. Il s'agit du krypton. Sa présence au sein du manteau terrestre profond nous éclaire sur la formation de notre Planète.

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] Voie lactée : la simulation de la formation d'une galaxie  Ce film montre une simulation informatique d'une galaxie comme la Voie lactée. Le film avance rapidement à travers le temps simulé, depuis 13 milliards d'années dans le passé à aujourd'hui. La galaxie principale se développe au fur et à mesure que de nombreuses petites galaxies fusionnent avec elle. Héraclès ressemble à l'une des petites galaxies qui ont fusionné avec la Voie lactée au début du processus. © Ted Mackereth, EAGLE 

À quel moment, et à partir de quelle source, sont arrivés les éléments volatils comme le carbone, l’azote et l’eau ? Plusieurs modèles existent. Certaines études suggèrent que l'assimilation de ces éléments chimiques a eu lieu avant l'impact géant ayant donné naissance à la Lune, d'autres qu'ils seraient arrivés après. Trois sources principales sont également évoquées pour expliquer la composition en éléments volatils de la Terre : le Soleil, les chondrites (météorites riches en carbone provenant de l'extérieur du Système solaire) et les comètes.

Le disque proto-planétaire à l'origine, en partie, des planètes du Système solaire. © ESO, L. Calçada

Le krypton, un bon traceur chimique

Pour tenter de contraindre la question de l'origine des éléments volatils, une équipe de chercheurs de l'université de Californie s'est intéressée à la composition du manteau inférieur de la Terre. Les scientifiques ont plus particulièrement traqué la présence des différents isotopes du krypton, un élément chimique de la famille des gaz nobles. Étant inertes, les gaz nobles sont en effet de bons traceurs des sources des éléments volatils. Le krypton, en particulier, est très utile pour différencier les sources solaires des sources chondritiques grâce à leurs différences isotopiques assez claires.

Pour leur étude, les chercheurs sont allés échantillonner des roches volcaniques produites par des volcans de point chaud en Islande et dans les Galápagos. En effet, le magma alimentant ces volcans provient d'une zone très profonde dans le manteau terrestre, proche de la limite avec le noyau externe. La composition des roches magmatiques éruptées est donc représentative d'un manteau primitif, dont la composition chimique a peu évolué depuis la formation de la Terre, il y a 4,4 milliards d’années. Les magmas remontant de ces zones très profondes sont en particulier composés de certains gaz nobles. Lorsqu'ils arrivent en surface grâce aux processus éruptifs, les magmas vont alors emprisonner ces gaz sous forme de petites enclaves, qui vont former des petites bulles lors de la cristallisation des laves. Les chercheurs sont ainsi partis à la recherche d'un élément en particulier au sein de ces bulles : le krypton. Les mesures ont nécessité le développement d'une nouvelle technique d'analyse, basée sur la spectrométrie de masse. Les différents isotopes du krypton ont ainsi été quantifiés, en particulier les plus rares, comme le Kr78 et le Kr80.

La composition du manteau terrestre est très proche de celle des chondrites

Les résultats, publiés dans Nature, montrent que la signature chimique du manteau inférieur actuel est très proche de celle des chondrites, des météorites primitives riches en carbone, qui proviennent de l'extérieur du Système solaire. D'un autre côté, des études portant sur le néon, un autre gaz noble présent au sein du manteau inférieur de la Terre, montre qu'il proviendrait du Système solaire. Ces deux résultats suggèrent que les éléments volatils ayant été agrégés durant la formation de la Terre proviennent d'au minimum deux sources différentes : les corps rocheux en provenance de l'espace profond mais également le matériel composant la nébuleuse solaire primitive. Ces éléments auraient été intégrés très tôt à la composition de la Terre.

Exemple de chondrite. © Didier Descouens, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

En effet, les isotopes du krypton suggèrent que les planétésimaux provenant de l'extérieur du Système solaire auraient bombardé la Terre des millions d'années avant la formation de la Lune. Mais, en même temps, notre Planète aurait également absorbé la poussière et les gaz de la nébuleuse solaire. Cette hypothèse n'est pas seulement valable pour la Terre, mais permettrait d'expliquer également la formation des autres planètes du Système solaire, voire celles orbitant autour d'autres étoiles.

Ces nouveaux résultats ont également des implications sur la façon dont s'est formée l'atmosphère de la Terre. Car les chercheurs ont découvert que le rapport entre les différents isotopes du krypton n'est pas le même pour l'atmosphère que pour le manteau inférieur. Cela suggère que certains gaz de l'atmosphère ont également été apportés à la Terre après l'impact géant ayant donné naissance à la Lune. Dans le cas inverse, les deux environnements, atmosphère et manteau, auraient la même composition isotopique.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !