Nous avons des comètes et des astéroïdes à remercier pour l'eau de la Terre, selon la théorie la plus répandue parmi les scientifiques. Mais ce n'est pas si coupé et séché. C'est encore un peu un mystère, et une nouvelle étude suggère que toute l'eau de la Terre n'a pas été livrée à notre planète de cette façon.
L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers, et il est au centre de la question entourant l'eau de la Terre. Cette nouvelle étude a été co-dirigée par Peter Buseck, professeur Regents à la School of Earth and Space Exploration et à la School of Molecular Sciences de l'Arizona State University. Dans ce document, les auteurs suggèrent que l'hydrogène provenait, au moins partiellement, de la nébuleuse solaire, un nuage de gaz et de poussière laissé après la formation du Soleil.
Avant de creuser les détails de cette nouvelle étude, il est utile d'examiner la théorie de longue date qu'elle pourrait remplacer.
Pendant longtemps, la plupart des scientifiques ont cru à l'origine de l'eau provenant des comètes et des astéroïdes ici sur Terre. Tout commence par la formation du Soleil.
Lorsque le Soleil s'est formé à partir d'un nuage moléculaire, il a balayé la plupart des matériaux dans le nuage, laissant un peu de reste pour tout le reste: les planètes, les astéroïdes et les comètes. Une fois que le Soleil a éclaté avec la fusion, un puissant vent solaire a envoyé beaucoup d'hydrogène de ses couches externes au-delà de l'endroit où se trouvent aujourd'hui les planètes rocheuses internes - Mercure, Vénus, la Terre et Mars.
C'est le royaume des géants du gaz, et plus important encore, des comètes et des astéroïdes. Les comètes sont des corps rocheux glacés, censés contenir des quantités importantes d'hydrogène soufflé là-bas par le soleil du début, et des astéroïdes aussi, bien que dans une moindre mesure. Ils sont devenus un réservoir important d'hydrogène.
Lorsque la Terre s'est formée, c'était une boule en fusion, sa surface maintenue dans cet état par une collision répétée avec des astéroïdes. Jusqu'ici, tout va bien, puisque le premier système solaire était un endroit beaucoup plus chaotique qu'il ne l'est aujourd'hui. Lorsque les astéroïdes et les comètes ont frappé cette Terre chaude, l'eau et l'hydrogène qu'elle contenait ont été évaporés dans l'espace. Alors que la Terre se refroidissait avec le temps, l'eau des collisions de comètes et d'astéroïdes a pu se condenser sur Terre et ne pas être évaporée dans l'espace. L'eau a collé autour.
La preuve en est les rapports isotopiques. Le rapport de l'isotope hydrogène lourd deutérium à l'hydrogène normal est une signature chimique. Deux plans d'eau avec le même rapport doivent avoir la même origine, la pensée va. Et les océans de la Terre ont le même rapport que l'eau sur les astéroïdes.
C’est une version très simplifiée de la théorie largement répandue de la façon dont l’eau est arrivée sur Terre.
Mais les scientifiques sont mécontents, essayant toujours d'avoir une meilleure compréhension des choses. Ils remettaient en question la théorie de «l'eau des comètes» avant la publication de cette nouvelle étude.
En 2014, certains scientifiques ont étudié la question en examinant des météorites d'âges différents. (Les météorites ne sont que des astéroïdes qui ont frappé la Terre.) Ils ont d'abord examiné ce que l'on appelle les «météorites chondrites carbonées». Ce sont les plus anciens que nous connaissons, et ils se sont formés à peu près en même temps que le Soleil. Ils sont les principaux éléments constitutifs de la Terre.
Ensuite, ils ont étudié des météorites qui, selon nous, provenaient du grand astéroïde Vesta. Vesta s'est formée dans la même région que la Terre, environ 14 millions d'années après la naissance du système solaire. Selon cette étude de 2014, les anciennes météorites ressemblaient à la composition globale du système solaire et contiennent beaucoup d'eau, elles ont donc été largement considérées comme la source d'eau de la Terre.
Les mesures de cette étude de 2014 ont montré que ces météorites ont la même chimie que les chondrites et roches carbonées trouvées sur Terre. Ils ont conclu que les chondrites carbonées sont la source d'eau la plus probable. À l'époque, Horst Marschall, l'un des auteurs de l'étude, a déclaré: «L'étude montre que l'eau de la Terre s'est probablement accréditée en même temps que la roche. La planète s'est formée comme une planète humide avec de l'eau à la surface. » L'équipe derrière cette étude a reconnu qu'une partie de notre eau provenait des impacts.
Ce qui nous amène à cette nouvelle étude, qui renforce les conclusions de l'étude de 2014.
Les auteurs de cette nouvelle étude affirment que les océans et leurs rapports isotopiques peuvent ne pas raconter toute l'histoire. "C'est un peu un angle mort dans la communauté", a déclaré Steven Desch, professeur d'astrophysique à la School of Earth and Space Exploration de l'Arizona State University à Tempe, Arizona. "Lorsque 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 cela provenait des astéroïdes." Il est difficile de les blâmer; c'est une preuve assez convaincante.
"C'est un peu un angle mort dans la communauté." - Steven Desch, École d'exploration de la Terre et de l'espace, ASU.
Desch et les autres auteurs de cette nouvelle étude pointent vers des recherches publiées en 2015 montrant que les océans de la Terre peuvent ne pas être représentatifs de l'eau primordiale de la Terre. Les océans peuvent avoir circulé entre la surface et un réservoir d'eau plus profond, profondément dans la Terre. Cela peut avoir changé le rapport au fil du temps, et cela peut signifier que cette eau plus profonde représente au moins une partie de la véritable eau primordiale de la Terre. Et cette eau peut provenir directement de la nébuleuse solaire, plutôt que par des impacts de comètes et d'astéroïdes.
L'étude développe un nouveau modèle théorique de la formation de la Terre pour expliquer ces différences entre l'hydrogène dans les océans de la Terre et à la frontière noyau-manteau.
Ce nouveau modèle montre de grands astéroïdes gorgés d'eau formés en planètes il y a des milliards d'années dans la nébuleuse solaire tourbillonnant autour du Soleil. Ces embryons planétaires ont subi une collision séquentielle et ils se sont développés rapidement. Finalement, disent-ils, une collision assez puissante a fait fondre la surface du plus gros embryon dans un océan de magma. Ce plus gros embryon est devenu la Terre.
Ce gros embryon avait suffisamment de gravité pour s'accrocher à une atmosphère, et il attirait des gaz, dont l'hydrogène, le plus abondant, de la nébuleuse solaire pour en former un. L'hydrogène dans la nébuleuse solaire contenait moins de deutérium et est plus léger que l'hydrogène astéroïde. Il s'est dissous dans le fer en fusion de l'océan magma sur Terre.
L'hydrogène a été tiré au centre de la Terre par un processus appelé fractionnement isotopique. L'hydrogène est attiré par le fer et a été livré au cœur de la Terre par le fer. Le deutérium, l'isotope lourd de l'hydrogène, est resté dans le magma, qui s'est refroidi pour former le manteau terrestre. Les impacts continus ont apporté plus d'eau et de masse sur Terre, jusqu'à ce qu'elle atteigne la masse qu'elle est aujourd'hui.
Le point clé de ce nouveau modèle est que l'hydrogène dans le cœur de la Terre est différent de l'hydrogène dans le manteau et dans les océans. L'eau de base contient beaucoup moins de deutérium. Mais qu'est-ce que tout cela veut dire?
Le nouveau modèle a permis aux auteurs d'estimer les quantités d'eau provenant des impacts d'astéroïdes à mesure que la Terre grandissait et évoluait, par rapport à la quantité provenant de la nébuleuse solaire lorsque la Terre s'est formée. Leur conclusion? "Pour chaque 100 molécules d'eau de la Terre, il y en a une ou deux provenant de la nébuleuse solaire", a déclaré Jun Wu, professeur adjoint de recherche à la School of Molecular Sciences et à la School of Earth and Space Exploration de l'Arizona State University et co-auteur principal de l'étude.
Cette étude est une nouvelle perspective sur la formation planétaire, le développement et sur la façon dont la vie précoce pourrait s'épanouir sur une jeune planète.
«Ce modèle suggère que la formation inévitable d'eau se produirait probablement sur toute exoplanète rocheuse suffisamment grande dans les systèmes extrasolaires. Je pense que c'est très excitant. » - Jun Wu, École des sciences moléculaires et École d'exploration de la Terre et de l'espace à l'ASU, co-auteur principal.
Auparavant, nous pensions que les seules planètes qui pourraient avoir la vie sur elles devraient être dans un système solaire riche en astéroïdes et comètes aquifères. Mais ce n'est peut-être pas le cas. Dans d'autres systèmes solaires, toutes les planètes semblables à la Terre n'ont pas accès à des astéroïdes chargés d'eau. La nouvelle étude suggère que toutes les exoplanètes habitables pourraient avoir obtenu de l'eau de la nébuleuse solaire dans leur système. La Terre cache la majeure partie de son eau à l'intérieur. La Terre a environ deux océans dans son manteau et 4 ou 5 dans son noyau. Les exoplanètes peuvent être similaires.
"Ce modèle suggère que la formation inévitable d'eau se produirait probablement sur toutes les exoplanètes rocheuses suffisamment grandes dans les systèmes extrasolaires", a déclaré Wu. "Je pense que c'est très excitant."
Il y a cependant une mise en garde dans ce nouveau modèle, qui concerne le fractionnement de l'hydrogène. On ne comprend pas bien comment le rapport deutérium / hydrogène change lorsque l'élément se dissout dans le fer, qui est au centre de ce nouveau modèle. Il a fallu l'estimer dans cette nouvelle étude.
Dans l'ensemble, la nouvelle étude cadre bien avec d'autres recherches sur l'eau de la Terre. Une fois que le travail sur le fractionnement de l'hydrogène est terminé, le nouveau modèle peut être testé plus rigoureusement.
- Communiqué de presse de l'AGU: "Les scientifiques théorisent une nouvelle histoire d'origine pour l'eau de la Terre"
- Document de recherche: "Origine de l’eau de la Terre: héritage chondritique plus ingassement nébulaire et stockage d’hydrogène dans le noyau"
- Document de recherche: «Preuve de l’eau primordiale dans le manteau profond de la Terre»
- Document de recherche: «Accrétion précoce d'eau dans le système solaire interne à partir d'une source carbonatée de type chondrite»
- Wikipédia: Formation et évolution du système solaire
- Wikipédia: 4 Vesta
