Rendu artistique d'une grande collision sur la Terre primitive. Crédit :SwRI/Marchi.
Les scientifiques du Southwest Research Institute ont récemment modélisé la longue période de bombardement qui a suivi la formation de la Lune, quand les planétésimaux restants ont pilonné la Terre. Sur la base de ces simulations, les scientifiques pensent que les objets de la taille de la lune ont livré plus de masse à la Terre qu'on ne le pensait auparavant.
Au début de son évolution, La Terre a subi un impact avec un autre gros objet, et la Lune s'est formée à partir des débris résultants éjectés dans un disque en orbite autour de la Terre. Une longue période de bombardement s'ensuit, la soi-disant "accrétion tardive, " lorsque de gros corps ont impacté la Terre en délivrant des matériaux qui se sont accumulés ou intégrés à la jeune planète.
"Nous avons modélisé les collisions massives et la façon dont les métaux et les silicates ont été intégrés à la Terre au cours de cette "étape d'accrétion tardive", ' qui a duré des centaines de millions d'années après la formation de la Lune, " a déclaré le Dr Simone Marchi de SwRI, auteur principal d'un Géosciences de la nature papier décrivant ces résultats. « Sur la base de nos simulations, la masse d'accrétion tardive délivrée à la Terre peut être significativement plus importante qu'on ne le pensait auparavant, avec des conséquences importantes pour la première évolution de notre planète."
Précédemment, les scientifiques ont estimé que les matériaux des planétésimaux intégrés au cours de la dernière étape de la formation de la planète terrestre représentaient environ un demi pour cent de la masse actuelle de la Terre. Ceci est basé sur la concentration d'éléments hautement "sidérophiles" - des métaux tels que l'or, platine et iridium, qui ont une affinité pour le fer—dans le manteau terrestre. L'abondance relative de ces éléments dans le manteau indique une accrétion tardive, après la formation du noyau terrestre. Mais l'estimation suppose que tous les éléments hautement sidérophiles délivrés par les impacts ultérieurs ont été retenus dans le manteau.
Cette animation montre une collision entre un projectile de 3000 km de diamètre avec la Terre primitive, à une vitesse de 19 km/s. A droite :Interaction des projectiles et des matériaux terrestres. Le vert indique des particules de silicate (provenant du manteau terrestre et du projectile), le blanc indique les particules métalliques du noyau du projectile. Le brun clair indique les particules du noyau de la Terre. A gauche :Idem qu'avant, mais maintenant les couleurs des particules reflètent la température. Crédit :SwRI/Marchi.
L'accrétion tardive peut avoir impliqué de gros projectiles différenciés. Ces impacteurs peuvent avoir concentré les éléments hautement sidérophiles principalement dans leurs noyaux métalliques. De nouvelles simulations d'impact à haute résolution réalisées par des chercheurs du SwRI et de l'Université du Maryland montrent que des portions substantielles du noyau d'un grand planétésimal pourraient descendre jusqu'à, et être assimilé à, le noyau de la Terre ou ricocher dans l'espace et s'échapper complètement de la planète. Les deux résultats réduisent la quantité d'éléments hautement sidérophiles ajoutés au manteau terrestre, ce qui implique que deux à cinq fois plus de matériel peut avoir été livré qu'on ne le pensait auparavant.
"Ces simulations peuvent également aider à expliquer la présence d'anomalies isotopiques dans d'anciens échantillons de roches terrestres telles que la komatiite, une roche volcanique, ", a déclaré le co-auteur de SwRI, le Dr Robin Canup. "Ces anomalies étaient problématiques pour les modèles d'origine lunaire qui impliquent un manteau bien mélangé après l'impact géant. Nous proposons qu'au moins certaines de ces roches peuvent avoir été produites longtemps après l'impact de la formation de la Lune, pendant l'accrétion tardive."
Formation d'une hétérogénéité du manteau terrestre induite par l'impact. La figure montre l'emplacement des particules du noyau (brun foncé) et du manteau (vert) du projectile. Les particules de la Terre ne sont pas représentées pour plus de clarté, tandis que les demi-sphères rouges et grises indiquent le noyau et la surface de la Terre, respectivement. Le cône jaune définit une région, ou domaine, de forte concentration de matériau de noyau de projectile. L'encart montre une image d'une komatiite, une roche volcanique dérivée du manteau, avec le motif olivine spinifex caractéristique dû au refroidissement rapide à la surface. Ces types de roches pourraient sonder les domaines du manteau enrichis de projectiles qui se sont formés au début de l'histoire de la Terre. Crédit :SwRI/Marchi. Crédit image Komatiite :Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université de l'Alberta.
Le papier, "Livraison hétérogène de silicate et de métal à la Terre par de grands planétésimaux, " a été publié le 4 décembre en ligne dans Géosciences de la nature .
Hétérogénéités de composition provoquées par des collisions. Les figures montrent l'emplacement du noyau du projectile (brun foncé) et des particules du manteau (vert). Les particules de la Terre ne sont pas représentées pour plus de clarté, tandis que les demi-sphères rouges et grises indiquent le noyau et la surface de la Terre, respectivement. Les simulations correspondent à des diamètres de projectiles de 1400 km (a, c) et 4800 km (b, ré); angles d'impact de 45 degrés (a, b) et de front (c, ré), vitesse d'impact de 19 km/s (a, b) et 14 km/s (c, ré). Les cônes jaunes définissent des régions de concentrations de matière de projectile. Les vecteurs d'orientation sont affichés dans le coin inférieur gauche de chaque panneau :axe des x (rouge), axe des y (bleu), axe z (vert). Crédit :SwRI/Marchi.
Image en coupe mince d'une komatiite en lumière transmise. Dimensions horizontales environ 2 cm. Crédit :Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère, Université de l'Alberta.
