Dans sa prime jeunesse, environ 100 millions d’années après sa naissance, la Terre serait entrée en collision avec une protoplanète comparable à Mercure. © A. Passwaters, Rice University, Nasa, JPL-Caltech

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Le carbone terrestre apporté par une collision avec une protoplanète

ActualitéClassé sous :Astronomie , géologie , noyau

Si crucial pour la vie terrestre, le carbone de notre planète est toujours au cœur d'un mystère. Comment cet élément volatil peut-il être encore aussi abondant dans le manteau de la Terre ? Une équipe pense avoir trouvé la réponse : une collision de grande ampleur survenue très tôt.

Depuis de nombreuses années, les planétologues et les géophysiciens sont confrontés à cette question : d'où vient le carbone, si essentiel à la vie telle que nous la connaissons ? Cet atome n'est pas rare dans le manteau terrestre (dont les échanges avec la surface sont incessants) alors que le stock originel de cet élément volatil aurait dû soit être évaporé dans l'espace peu après la formation de la planète, encore en fusion, soit progressivement enfoui dans ses entrailles, étant donné ses affinités avec les alliages riches en fer qui composent le noyau.

Dans son enquête qui vient de paraître dans Nature Geoscience, Rajdeep Dasgupta, pétrologue à l'université Rice, à Houston (Texas), et son équipe, proposent un scénario différent de l'hypothèse actuelle, qui en fait un cadeau des météorites, tombées sur la jeune Terre environ cent millions d'années après la formation du Système solaire, lesquelles auraient aussi apporté du soufre, de l'azote et de l'hydrogène. Une grande partie de notre carbone, expliquent ces chercheurs, proviendrait d'un embryon d'une planète ressemblant à Mercure (4.880 km de diamètre), entré en collision avec la Terre primitive, il y a environ 4,4 milliards d'années.

Schéma en coupe de la proto-Terre (proto Earth) avec une protoplanète au profil comparable à celui de Mercure (Mercury-like planetary embryo). L’enrichissement du manteau terrestre en carbone et en soufre pourrait provenir de la rencontre de ces deux corps rocheux. Pauvre en carbone, le manteau de la protoTerre, en fusion (Carbon-poor magma ocean), se serait mélangé avec celui de l'impacteur, riche en carbone (Carbon-rich mantle). Son noyau, riche en soufre ou en silicium et en alliages riches en fer (Sulfur - or silicon - rich iron-alloy core), aurait fusionné avec celui de la protoTerre, riche en composés du fer (Iron-rich alloy core). Par la suite, les sulfures en fusion auraient migré vers le centre (percolation of sulfide melt). © Rajdeep Dasgupta

Un scénario compatible avec les proportions actuelles de carbone et de soufre

L'idée lui est venue fin 2013 après avoir entendu parler d'études sur la composition d'autres corps rocheux voisins, comme Mars et Mercure« Nous avons pensé que nous avions vraiment besoin de nous détacher de la composition de base conventionnelle de fer et de nickel et de carbone [en ce qui concerne le noyau terrestre, NDLR], a déclaré le chercheur qui a recréé dans son laboratoire les pressions et les hautes températures régnant à l'intérieur des corps planétaires. Nous avons donc commencé à explorer des alliages très riches en soufre et riches en silicium, en partie parce que le noyau de Mars est supposé riche en soufre et celui de Mercure considéré comme relativement riche en silicium. »

Dans ces conditions, le carbone pourrait être relargué dans le manteau de silicates. Cela dépendant des niveaux de soufre et de silicium apportés. « Un scénario possible expliquant le ratio carbone-soufre et l'abondance de carbone est qu'une planète embryonnaire comme Mercure, qui avait déjà formé un noyau riche en silicium, est entrée en collision avec la Terre, laquelle l'a absorbée », a expliqué Rajdeep Dasgupta. Ce chercheur spécule, en vertu de la dynamique de ce corps relativement massif, que le noyau de cette protoplanète ait directement atteint celui de la Terre encore jeune, et que le manteau du premier, riche en carbone, se soit mélangé à celui de notre jeune planète.

Cette hypothèse fonctionne très bien pour l'abondance carbone-soufre mais il reste à vérifier si elle est en accord avec les concentrations des autres éléments volatils présents.

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