De nouveaux travaux de Stephen Elardo et Anat Shahar de Carnegie montrent que les interactions entre le fer et le nickel sous des pressions et des températures extrêmes similaires à celles d'un intérieur planétaire peuvent aider les scientifiques à comprendre la période de jeunesse de notre système solaire pendant laquelle les planètes se sont formées et leurs noyaux ont été créés. Leurs conclusions sont publiées par Géosciences de la nature .

La Terre et d'autres planètes rocheuses se sont formées lorsque la matière entourant notre jeune Soleil s'est lentement accumulée. À un moment donné dans les premières années de la Terre, son noyau s'est formé par un processus appelé différenciation - lorsque les matériaux plus denses, comme le fer, enfoncé vers l'intérieur vers le centre. Cela a formé la composition en couches que la planète a aujourd'hui, avec un noyau de fer et un manteau supérieur et une croûte de silicate.

Les scientifiques ne peuvent pas prélever des échantillons des noyaux des planètes. Mais ils peuvent étudier la chimie du fer pour aider à comprendre les différences entre l'événement de différenciation de la Terre et comment le processus a probablement fonctionné sur d'autres planètes et astéroïdes.

L'une des clés de la recherche sur la période de différenciation de la Terre consiste à étudier les variations des isotopes du fer dans des échantillons de roches et de minéraux anciens de la Terre, ainsi que de la Lune, et d'autres planètes ou corps planétaires.

Chaque élément contient un nombre unique et fixe de protons, mais le nombre de neutrons dans un atome peut varier. Chaque variation est un isotope différent. En raison de cette différence de neutrons, les isotopes ont des masses légèrement différentes. Ces légères différences signifient que certains isotopes sont préférés par certaines réactions, ce qui entraîne un déséquilibre dans le rapport de chaque isotope incorporé dans les produits finaux de ces réactions.

Un mystère remarquable sur ce front a été la variation significative entre les rapports d'isotopes de fer trouvés dans des échantillons de lave durcie qui ont éclaté du manteau supérieur de la Terre et des échantillons de météorites primitives, astéroïdes, la lune, et Mars. D'autres chercheurs avaient suggéré que ces variations étaient causées par l'impact géant de la formation de la Lune ou par des variations chimiques dans la nébuleuse solaire.

Elardo et Shahar ont pu utiliser des outils de laboratoire pour imiter les conditions trouvées profondément à l'intérieur de la Terre et d'autres planètes afin de déterminer pourquoi les rapports isotopiques du fer peuvent varier dans différentes conditions de formation planétaire.

Ils ont découvert que le nickel est la clé pour percer le mystère.

Dans les conditions où la Lune, Mars, et les noyaux de l'astéroïde Vesta se sont formés, les interactions préférentielles avec le nickel retiennent des concentrations élevées d'isotopes de fer plus légers dans le manteau. Cependant, dans les conditions plus chaudes et de pression plus élevées attendues pendant le processus de formation du noyau terrestre, cet effet nickel disparaît, ce qui peut aider à expliquer les différences entre les laves de la Terre et d'autres corps planétaires, et la similitude entre le manteau terrestre et les météorites primitives.

"Il y a encore beaucoup à apprendre sur l'évolution géochimique des planètes, " a déclaré Elardo. "Mais les expériences de laboratoire nous permettent de sonder à des profondeurs que nous ne pouvons pas atteindre et de comprendre comment les intérieurs planétaires se sont formés et ont changé au fil du temps."