Les fragments de roche lunaire ramenés de la surface lunaire par les astronautes des missions spatiales Apollo fournissent de nouvelles informations sur l'origine de l'eau vitale de notre planète.

La prochaine fois que vous prendrez une gorgée d'eau, prenez un moment pour réfléchir d'où il vient. Il peut avoir voyagé d'un réservoir local à votre robinet, tandis que l'eau en bouteille peut provenir entièrement de sources d'un autre pays.

Mais de nouvelles recherches suggèrent que l'eau que nous buvons et dont nous dépendons pour maintenir la vie ici sur Terre peut avoir ses origines dans un endroit beaucoup plus éloigné - l'espace extra-atmosphérique.

Une nouvelle analyse des fragments de roche lunaire rapportés par les astronautes d'Apollo dans les années 1960 et 1970 suggère qu'une grande partie de l'eau de notre planète a été transportée ici par des astéroïdes et des comètes qui sont entrés en collision avec la Terre peu de temps après sa formation il y a 4,54 milliards d'années.

La recherche, qui utilise des techniques modernes pour regarder la composition des traces chimiques dans les roches, fournit également de nouvelles preuves pour étayer les théories sur la formation de la Lune elle-même et sur la manière dont les traces d'eau trouvées à sa surface y sont arrivées.

"La lune est comme une capsule temporelle, " a déclaré le professeur Frédéric Moynier, cosmochimiste à l'Institut de Physique du Globe de Paris, en France. "Ses roches sont bien plus anciennes que tout ce que nous pouvons trouver ici sur Terre, ils détiennent donc beaucoup d'informations précieuses."

Inchangé

L'activité volcanique et le mouvement continu des plaques tectoniques ont détruit toutes les roches les plus anciennes sur Terre. Le plus ancien que l'on trouve ici, trouvé dans quelques endroits comme le Groenland, n'ont que 3,8 milliards d'années.

Les rochers de la lune, cependant, sont restés en grande partie inchangés depuis sa formation il y a 4,51 milliards d'années. À l'intérieur des minéraux contenus dans les roches se cachent d'infimes quantités de produits chimiques tels que le zinc, potassium, le cuivre, du chrome et même de l'eau, qui s'est également avéré exister dans de petits dépôts gelés dans les cratères d'impact de météorites sur la surface lunaire l'année dernière. Ces produits chimiques sont connus comme volatiles en raison de leurs points d'ébullition relativement bas, ce qui signifie qu'ils peuvent s'évaporer de la surface d'une planète ou d'une lune.

En regardant les quantités relatives de différents isotopes de ces volatiles dans les roches lunaires, des scientifiques comme le professeur Moynier ont rassemblé des informations sur les débuts de l'histoire de la lune et les comparent à ce que nous trouvons ici sur Terre.

Les rapports de ces isotopes agissent comme une empreinte digitale qui peut être utilisée pour faire correspondre la source des matériaux trouvés sur Terre et sur la Lune. Dr Mahesh Anand, un lecteur en sciences planétaires à l'Open University au Royaume-Uni et chef d'un projet appelé RESOLVE, a utilisé des techniques de spectroscopie sophistiquées pour étudier les isotopes volatils piégés à l'intérieur des cristaux d'un minéral appelé apatite dans les roches ramenées par les missions Apollo.

Lui et ses collègues les ont ensuite comparés aux compositions isotopiques des volatiles ici sur Terre, ainsi que ceux trouvés sur les astéroïdes et les comètes, qui ont été obtenus à partir de météorites trouvées sur Terre et de missions spatiales interplanétaires pour visiter des comètes, comme la récente mission Rosetta de l'Agence spatiale européenne.

L'eau

Il y a trois ans, Le Dr Anand faisait partie d'une étude qui proposait que 80 à 90 % de l'eau sur Terre et la lune provenaient d'une source semblable à un astéroïde. "Moins de 10 % provenaient d'une source semblable à une comète, " il a dit.

L'année dernière, lui et son équipe ont publié d'autres découvertes basées sur une analyse de haute précision des isotopes d'oxygène trouvés dans les roches de la Terre et de la Lune. Ils n'ont trouvé que de minuscules différences entre les propriétés isotopiques des deux corps.

« Si l'eau était arrivée après la formation de la lune, les deux auraient eu des empreintes isotopiques très différentes, " a déclaré le Dr Anand. " Cela suggère que la Terre et la Lune ont reçu de l'eau en même temps. "

Cela indique un scénario alléchant :le fait qu'un petit corps comme la lune ait obtenu la même composition isotopique suggère qu'il pourrait avoir fait partie de la même planète. Il soutient les théories selon lesquelles une protoplanète de la taille de Mars appelée Theia s'est écrasée sur Terre il y a un peu plus de 4,54 milliards d'années, jeter une douche ou de la vapeur et des débris, qui s'est condensé pour former notre lune.

Si la Terre et la Lune se sont formées lors de cet impact géant après l'arrivée de l'eau, comme le suggèrent maintenant les découvertes du Dr Anand et d'autres équipes, la lune aurait dû recevoir une part de cette eau. Des quantités infimes d'oxygène et d'hydrogène piégés à l'intérieur des roches sous la surface suggèrent qu'il y avait une fois plus d'eau sur la lune qu'il n'y en a maintenant. De récentes missions sans pilote vers la lune ont découvert quelques restes de glace d'eau piégés dans des cratères abrités autour des pôles, mais une grande partie de la surface de la lune est maintenant sèche.

Alors, où est passée l'eau de la lune ?

C'est là qu'interviennent les travaux du professeur Moynier. Il dirige un projet appelé PRISTINE qui vise à mesurer les niveaux isotopiques de volatils dans la roche lunaire pour apprendre ce qui est arrivé à l'eau sur la lune.

"La différence entre les isotopes est le poids car les atomes ont un nombre différent de neutrons dans le noyau, " a déclaré le professeur Moynier. " Lorsque vous chauffez des substances volatiles comme le zinc, potassium et eau, les isotopes se comportent de différentes manières. Les plus légers se transformeront plus facilement en vapeur tandis que les plus lourds resteront dans le résidu."

Mandataires

En examinant le rapport des isotopes lourds aux isotopes légers dans plus de 40 échantillons de roche Apollo, Le professeur Moynier et son équipe ont reconstitué une partie de l'histoire de l'eau et d'autres substances volatiles sur la lune.

Ils se sont concentrés sur les substances volatiles solides comme le zinc et le potassium, car il y en a des concentrations relativement plus élevées dans les roches lunaires que dans l'eau.

"L'eau est si volatile qu'il y en a très peu dans les roches lunaires, ce qui le rend difficile à détecter dans les petits échantillons auxquels nous avons affaire, " explique le Pr Moynier. " On peut donc utiliser d'autres volatiles comme le zinc, le potassium et le cuivre comme indicateurs qui peuvent nous dire quelque chose sur ce qui est arrivé à l'eau. Toutefois, il y a 100 fois moins de zinc dans les roches lunaires que celles sur Terre."

Le professeur Moynier et ses collègues ont découvert qu'en plus d'avoir beaucoup moins de chrome, zinc et autres solides volatils, les traces de la lune avaient des rapports isotopiques différents de ceux de la Terre - les leurs avaient des isotopes beaucoup plus lourds.

"Cela suggère que la lune s'est appauvrie en ces éléments volatils par évaporation à un moment donné, " il a dit.

Il pense que plutôt que d'être perdu dans l'impact géant qui a séparé la lune de la Terre en premier lieu, il peut avoir perdu son eau et d'autres substances volatiles un peu plus tard.

On pense qu'après que la lune a commencé à se former à la suite de l'impact géant, sa surface est restée en fusion pendant plusieurs millions d'années. On pense que cet océan de magma est à l'origine des zones claires et sombres distinctives, ou jument, visibles à la surface de la lune.

"Comme la distribution des isotopes dépend de la température, nous pouvons l'utiliser comme thermomètre pour nous dire ce qui s'est passé, " a déclaré le professeur Moynier. Lui et son équipe ont utilisé des isotopes de chrome pour calibrer ce qu'ils voyaient dans les échantillons lunaires à la température.

Ils ont découvert que les volatiles n'étaient pas perdus aux températures extrêmement élevées qui seraient attendues dans un événement comme un impact géant, mais à des températures inférieures de 1, 200 degrés C.

La gravité

"C'est exactement ce que la température de l'océan magmatique de la lune est censée être, " a déclaré le professeur Moynier. " Ce que nous voyons, c'est que la lune a perdu ses volatiles pas pendant l'impact géant lui-même, mais peut-être un million d'années plus tard.

"Ils se sont évaporés, mais à cause de la gravité de la Terre, ils sont probablement ensuite retombés sur la Terre. Ainsi, une partie de notre eau et d'autres substances volatiles proviennent de la lune. Pas beaucoup, mais quelques."

Mais l'histoire ne s'arrête pas là non plus. Dr Anand et sa collègue Dr Ana Černok, un géochimiste à l'Open University, ont étudié l'effet des impacts de météorites sur les compositions isotopiques des substances volatiles dans les roches lunaires.

Recueilli sur divers sites lors de la mission habitée Apollo 17 de la NASA sur la Lune en 1972, les échantillons sont constitués de roches de surface, carottes forées sous la surface, et des matériaux provenant de cratères d'impact.

Les deux ont pu rechercher des signes de choc dans les cristaux d'apatite qui auraient été causés par des impacts de météorites. Ils ont découvert que même si certains échantillons montraient des signes de choc significatifs, les compositions isotopiques restent largement inchangées.

Cela suggère que les volatiles comme l'eau emprisonnés à l'intérieur de ces cristaux n'ont pas été altérés malgré le bombardement de météorites sur la lune. D'autres substances comme l'uranium piégé à l'intérieur des cristaux d'apatite avec l'eau leur ont également permis de dater leur formation.

Les résultats doivent encore être publiés, mais le Dr Anand dit qu'ils trouvent des âges qui n'ont jamais été enregistrés dans des échantillons lunaires.

"Nous essayons toujours de le comprendre nous-mêmes, mais cela semble indiquer un événement unique dans l'histoire géologique du système Terre-Lune."