Le krypton du manteau profond révèle l’ascendance du système solaire externe de la Terre


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  • Le krypton du manteau terrestre, collecté dans des points chauds géologiques en Islande et dans les îles Galapagos, révèle une image plus claire de la formation de notre planète, selon une nouvelle recherche de l’Université de Californie à Davis.

    Les différents isotopes du krypton sont des empreintes chimiques pour les scientifiques qui recherchent les ingrédients qui ont fait la Terre, tels que les particules de vent solaire et les météorites du système solaire interne et externe. Les résultats indiquent que les éléments volatils de la Terre – des éléments essentiels tels que le carbone, l’eau et l’azote – sont arrivés alors que la Terre grandissait et devenait une planète. Cela contredit la théorie populaire selon laquelle les éléments volatils de la Terre ont été principalement livrés vers la fin de la formation de la Terre, qui est marquée par l’impact géant de la formation de la lune. Au lieu de cela, les isotopes du krypton suggèrent que des planétésimaux du système solaire externe froid ont bombardé la Terre très tôt, des millions d’années avant la grande crise. La jeune Terre a également aspiré la poussière et le gaz de la nébuleuse solaire (le nuage entourant le soleil) et a été bombardée par des météorites.

    « Nos résultats nécessitent une livraison simultanée de volatils à partir de plusieurs sources très tôt dans la formation de la Terre », a déclaré Sandrine Péron, l’auteur principal de l’étude. Péron, actuellement boursier Marie Sk?odowska-Curie Actions à l’ETH Zürich en Suisse, a mené la recherche à l’UC Davis en tant que boursier postdoctoral travaillant avec le professeur Sujoy Mukhopadhyay au Département des sciences de la Terre et des planètes.

    « Cette étude fournit des indices sur les sources et le moment de l’accrétion volatile sur Terre, et aidera les chercheurs à mieux comprendre comment non seulement la Terre s’est formée, mais aussi d’autres planètes du système solaire et autour d’autres étoiles », a déclaré Péron. L’étude est publiée le 15 décembre dans la revue Nature.

    Géochimie primordiale

    Les points chauds volcaniques crachant de la lave en Islande et aux Galapagos sont alimentés par des panaches de magma boueux s’élevant de la couche la plus profonde du manteau, près de sa limite avec le noyau de fer de la Terre. Les éléments et les minéraux de cette couche profonde sont relativement inchangés depuis avant l’impact de la formation de la lune, comme une capsule temporelle de la chimie de la Terre primitive vieille de plus de 4,4 milliards d’années.

    Le laboratoire de Mukhopadhyay est spécialisé dans la réalisation de mesures précises des gaz nobles dans les roches de la Terre et d’ailleurs. Pour échantillonner le krypton du manteau profond, les chercheurs ont collecté de la lave au niveau des panaches de points chauds. Les anciens gaz remontent à la surface dans la lave en éruption, sont piégés et ensevelis sous forme de bulles dans une matrice vitreuse lorsque la lave se fige en un solide, offrant une certaine protection contre la contamination extérieure. Cependant, même les isotopes de krypton les plus abondants dans ces bulles ne comptent que quelques centaines de millions d’atomes, ce qui rend leur détection difficile, a déclaré Mukhopadhyay.

    Péron a conçu une nouvelle technique pour mesurer le krypton du manteau avec la spectrométrie de masse, en concentrant le krypton d’échantillons de roche dans un environnement pratiquement exempt de contamination de l’air et en le séparant soigneusement de l’argon et du xénon.

    « Notre étude est la première à mesurer avec précision tous les isotopes du krypton pour le manteau, y compris les isotopes les plus rares du krypton, le Kr-78 et le Kr-80 », a-t-elle déclaré.

    Construire une planète

    Les chercheurs ont découvert que l’empreinte chimique du krypton du manteau profond ressemblait étroitement à des météorites primitives riches en carbone, qui auraient pu provenir des confins froids et extérieurs du système solaire. Mais des travaux antérieurs de Mukhopadhyay et d’autres ont révélé que le néon, un autre gaz rare dans le manteau profond, était dérivé du soleil. Les deux résultats différents suggèrent au moins deux sources volatiles distinctes pour le manteau terrestre, livrées très tôt dans son histoire. Les chercheurs ont également noté moins d’isotope rare Kr-86 dans le manteau profond par rapport aux météorites connues. Le déficit en Kr-86 suggère que les météorites connues à elles seules pourraient ne pas représenter tout le krypton du manteau.

    Enfin, les nouveaux résultats ont également des implications sur la formation de l’atmosphère terrestre. Le rapport des différents isotopes du krypton dans le manteau profond ne correspond pas au rapport des isotopes dans l’atmosphère terrestre, ont découvert les chercheurs. Cela signifie que certains gaz dans l’atmosphère, y compris des gaz nobles comme le krypton, ont été livrés sur Terre après l’impact de la formation de la lune. Sinon, le manteau et l’atmosphère de la Terre auraient la même composition isotopique en raison de l’équilibrage isotopique après l’impact, a déclaré Péron.

    Les co-auteurs de l’étude incluent Mark Kurz, Woods Hole Oceanographic Institution à Woods Hole, Massachusetts; et David Graham, Université d’État de l’Oregon à Corvallis, Oregon.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université de Californie – Davis. Original écrit par Becky Oskin. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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