Terre, la planète eau. Image via NASA.
La Terre est riche en eau, et ce depuis quelques milliards d’années, mais les scientifiques débattent toujours de l’origine de tout ce liquide indispensable à la vie. On pensait qu’une partie au moins avait été amenée ici par des comètes ou des astéroïdes, mais cette idée ne suffit toujours pas à expliquer comment tant d’eau s’est retrouvée à la surface de la Terre – ainsi qu’en profondeur. Aujourd’hui, une équipe de scientifiques de l’Arizona State University (ASU), dirigée par Peter Buseck, a formulé une nouvelle proposition. Le nouvel article évalué par les pairs a été publié dans le Journal of Geophysical Research : Planets le 9 octobre 2018.
La nouvelle recherche suggère que l’eau de la Terre provenait à la fois de matériaux rocheux, comme les astéroïdes, et du vaste nuage de poussière et de gaz restant après la formation du soleil, appelé nébuleuse solaire.
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L’eau des océans de la Terre est similaire à celle que l’on trouve 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 des débuts du système solaire. Le rapport entre le deutérium – un isotope plus lourd de l’hydrogène – et 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 celui que l’on trouve dans les astéroïdes. Mais, selon Steven Desch, également à ASU et l’un des membres de l’équipe :
C’est un peu un angle mort dans la communauté. Quand les gens mesurent le ratio dans l’eau des océans et qu’ils voient qu’il est assez proche de ce que l’on voit dans les astéroïdes, il a toujours été facile de croire que tout venait des astéroïdes.
Certaine des premières eaux de la Terre provenaient d’embryons planétaires en collision contenant de l’eau astéroïdale. Image via J. Wu/S. Desch/ASU.
Jun Wu de l’ASU est l’auteur principal de l’étude. Il ajoute :
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 Terre pourrait ne pas représenter l’hydrogène dans toute la planète, cependant. Des échantillons d’hydrogène provenant 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 ne provient peut-être pas d’astéroïdes, après tout. Les gaz nobles hélium et néon, dont les signatures isotopiques sont héritées de la nébuleuse solaire, ont également été trouvés dans le manteau terrestre.
Comment expliquer ces différences ? Pour répondre à cette question, les chercheurs ont dû élaborer un nouveau modèle théorique de la formation de la Terre. Selon ce modèle, la Terre était le plus grand des nombreux embryons planétaires – alias protoplanètes – du système solaire primitif.
Essentiellement, leur modèle montre de grands astéroïdes gorgés d’eau qui finissent par se transformer en planètes comme la Terre par le biais de collisions.
Une grande partie de l’eau de la Terre proviendrait d’astéroïdes ayant impacté 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 nobles 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 astéroïdal, s’est dissous dans le fer fondu de l’océan magmatique.
L’hydrogène a ensuite été attiré vers le centre de la Terre – un processus appelé fractionnement isotopique. L’hydrogène a été livré au noyau par son attraction pour le fer, tandis qu’une grande partie de l’isotope le plus lourd, le deutérium, est restée dans le magma qui a 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 supplémentaires jusqu’à ce que la Terre atteigne sa taille finale.
Le résultat final était que la Terre avait des gaz nobles en profondeur, avec un rapport deutérium/hydrogène plus faible dans son noyau que dans son manteau et ses océans. La plupart de l’eau de la Terre provenait effectivement d’astéroïdes, mais une partie provenait également de la nébuleuse solaire. Comme l’a noté Wu :
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 aujourd’hui qu’une partie de l’eau de la Terre provient également de cet endroit. Image via ESO/L. Calçada.
Qu’en est-il des comètes, puisqu’elles contiennent tant de glace d’eau ? Selon Desch :
Les comètes contiennent beaucoup de glaces, et en théorie, elles auraient pu fournir de l’eau. Mais il y a une autre façon de penser aux sources d’eau dans les jours de 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 servir d’origine à l’eau de la Terre.
De plus, les comètes ont des rapports deutérium/hydrogène (D/H) plus élevés, donc elles ne sont en fait 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 21 ppm, trop faible pour avoir fourni la majeure partie de l’eau sur Terre. Les astéroïdes correspondent beaucoup mieux, ainsi que la nébuleuse solaire.
Les résultats de la nouvelle étude pourraient également avoir des implications pour les exoplanètes rocheuses en orbite autour d’autres étoiles, comme la super-Terre Wolf 1061c dans cette image de concept d’artiste. Beaucoup d’entre elles pourraient avoir de l’eau en abondance, 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. De nombreux mondes de ce type ont maintenant été découverts, et s’il y a plus de chances 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 des systèmes extrasolaires.
La ligne de fond : L’origine de l’eau de la Terre est débattue depuis longtemps, mais cette nouvelle étude pointe vers une source – la nébuleuse solaire, ou nuage de gaz et de poussière laissé après la formation du soleil – qui avait été jusqu’alors le plus souvent négligée. Ces nouveaux travaux, basés sur une modélisation informatique, pourraient avoir des implications pour les mondes rocheux en orbite autour d’étoiles lointaines.
Source : L’origine de l’eau de la Terre : Héritage chondritique plus ingestion nébulaire et stockage d’hydrogène dans le noyau
Via Arizona State University
Paul Scott Anderson a eu une passion pour l’exploration spatiale qui a commencé quand il était enfant en regardant Cosmos de Carl Sagan. Alors qu’il était à l’école, il était connu pour sa passion pour l’exploration spatiale et l’astronomie. Il a lancé son blog The Meridiani Journal en 2005, qui était une chronique de l’exploration planétaire. En 2015, le blog a été rebaptisé Planetaria. Bien qu’il s’intéresse à tous les aspects de l’exploration spatiale, sa passion première est la science planétaire. En 2011, il a commencé à écrire sur l’espace en freelance, et écrit actuellement pour AmericaSpace et Futurism (qui fait partie de Vocal). Il a également écrit pour Universe Today et SpaceFlight Insider, et a également été publié dans The Mars Quarterly et a fait de l’écriture supplémentaire pour la célèbre application iOS Exoplanet pour iPhone et iPad.
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