De nouvelles recherches de l'Université du Texas à Austin révèlent que la composition unique en fer de la Terre n'est pas liée à la formation du noyau de la planète, remettant en cause une théorie dominante sur les événements qui ont façonné notre planète au cours de ses premières années.

La recherche, Publié dans Communication Nature le 20 février, ouvre la porte à d'autres théories concurrentes sur les raisons pour lesquelles la Terre, par rapport aux autres planètes, a des niveaux plus élevés d'isotopes de fer lourds. Parmi eux :des isotopes légers de fer peuvent avoir été vaporisés dans l'espace par un impact important avec une autre planète qui a formé la lune; le lent barattage du manteau lorsqu'il fabrique et recycle la croûte terrestre peut incorporer de préférence du fer lourd dans la roche ; ou, la composition de la matière première qui a formé la planète à ses débuts peut avoir été enrichie en fer lourd.

Un isotope est une variété d'atomes qui a un poids différent des autres atomes du même élément car il a un nombre différent de neutrons.

"La formation du noyau de la Terre a probablement été le plus grand événement affectant l'histoire de la Terre. Les matériaux qui composent la Terre entière ont été fondus et différenciés, " dit Jung-Fu Lin, professeur à l'UT Jackson School of Geosciences et l'un des auteurs de l'étude. "Mais dans cette étude, nous disons qu'il doit y avoir d'autres origines pour l'anomalie des isotopes du fer de la Terre."

Jin Liu, maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de Stanford, a dirigé la recherche tout en obtenant son doctorat. à l'école Jackson. Les collaborateurs comprennent des scientifiques de l'Université de Chicago, Universités de la Sorbonne en France, Laboratoire National d'Argonne, le Center for High Pressure Science and Advanced Technology Research en Chine, et l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.

Échantillons de roches provenant d'autres corps et objets planétaires, allant de la lune, vers Mars, aux anciennes météorites appelées chondrites, toutes partagent à peu près le même rapport d'isotopes de fer lourds à légers. Par rapport à ces échantillons de l'espace, les roches de la Terre contiennent environ 0,01 pour cent d'isotopes de fer lourds de plus que les isotopes légers.

Cela peut sembler peu, mais Lin a déclaré que c'était suffisamment important pour rendre la composition en fer de la Terre unique parmi les mondes connus.

« Cette anomalie de 0,01 % est très significative par rapport à, dire, chondrites, " dit Lin. "Cette différence significative représente donc une source ou une origine différente de notre planète."

Lin a déclaré que l'une des théories les plus populaires pour expliquer la signature du fer de la Terre est que la taille relativement grande de la planète (par rapport aux autres corps rocheux du système solaire) a créé des conditions de haute pression et de température élevée pendant la formation du noyau qui ont fait des proportions différentes de les isotopes de fer lourds et légers s'accumulent dans le noyau et le manteau. Cela a entraîné une plus grande part d'isotopes de fer lourds se liant aux éléments qui composent le manteau rocheux, tandis que des isotopes de fer plus légers se sont liés ensemble et avec d'autres métaux traces pour former le noyau de la Terre.

Mais lorsque l'équipe de recherche a utilisé une enclume en diamant pour soumettre de petits échantillons d'alliages métalliques et de roches silicatées aux pressions de formation du noyau, ils ont non seulement constaté que les isotopes du fer restaient en place, mais que les liens entre le fer et les autres éléments se sont renforcés. Au lieu de se briser et de se recoller avec des éléments communs du manteau ou du noyau, la configuration de liaison initiale est devenue plus solide.

"Nos études à haute pression révèlent que le fractionnement isotopique du fer entre le manteau de silicate et le noyau métallique est minime, " dit Liu, l'auteur principal.

Co-auteur Nicolas Dauphas, professeur à l'Université de Chicago, a souligné que l'analyse des mesures à l'échelle atomique était un exploit en soi.

"Il faut utiliser des techniques mathématiques sophistiquées pour donner un sens aux mesures, " at-il dit. " Il a fallu une équipe de rêve pour réussir cela. "

Hélène Williams, professeur de géologie à l'Université de Cambridge, dit qu'il est difficile de connaître les conditions physiques de la formation du noyau terrestre, mais que les pressions élevées dans l'expérience permettent une simulation plus réaliste.

"Il s'agit d'une étude vraiment élégante utilisant une approche très nouvelle qui confirme des résultats expérimentaux plus anciens et les étend à des pressions beaucoup plus élevées appropriées aux conditions probables d'équilibre noyau-manteau sur Terre, ", a déclaré Williams.

Lin a déclaré qu'il faudra plus de recherches pour découvrir la raison de la signature unique de fer de la Terre, et que les expériences qui se rapprochent des conditions initiales sur Terre joueront un rôle clé car les roches du noyau sont impossibles à atteindre.