La cellule d'enclume de diamant a recréé les conditions de la Terre primitive en tant que matériau analogue au noyau - la ligne pointillée intérieure - se sépare du matériau analogue à l'océan de magma dans le manteau - la ligne pointillée extérieure. La barre d'échelle dans le panneau de gauche est de 10 microns. Crédit :Colin Jackson.
Des panaches de roches chaudes s'élevant du manteau terrestre aux points chauds volcaniques contiennent des preuves que les années de formation de la Terre ont peut-être été encore plus chaotiques qu'on ne le pensait auparavant, selon de nouveaux travaux d'une équipe de scientifiques de Carnegie et Smithsonian publiés dans La nature .
Il est bien entendu que la Terre s'est formée à partir de l'accrétion de matière entourant le jeune Soleil. Finalement, la planète a grandi à une taille telle que le fer métallique plus dense s'est enfoncé vers l'intérieur, pour former les débuts du noyau de la Terre, laissant le manteau riche en silicate flottant au-dessus.
Mais de nouveaux travaux d'une équipe dirigée par Yingwei Fei et Carnegie de Carnegie et Colin Jackson du Smithsonian soutiennent que cette séparation du manteau et du noyau n'était pas un processus aussi ordonné.
"Nos résultats suggèrent que lorsque le noyau a été extrait du manteau, le manteau jamais complètement mélangé, " a expliqué Jackson. " C'est surprenant parce que la formation du noyau s'est produite dans le sillage immédiat des grands impacts d'autres objets du système solaire primitif que la Terre a connus au cours de sa croissance, semblable à l'événement d'impact géant qui a formé plus tard la Lune. Avant maintenant, on pensait généralement que ces impacts très énergétiques auraient complètement remué le manteau, mélangeant tous ses composants dans un état uniforme."
L'arme fumante qui a conduit l'équipe à leur hypothèse provient de signatures isotopiques uniques et anciennes de tungstène et de xénon trouvées dans des points chauds volcaniques, comme Hawaï. Bien que l'on croyait que ces panaches provenaient des régions les plus profondes du manteau, l'origine de ces signatures isotopiques uniques a été débattue. L'équipe pense que la réponse réside dans le comportement chimique de l'iode, l'élément parent du xénon, à très haute pression.
La Terre a subi de multiples impacts importants; les conditions de haute pression et de température ont causé des poches de séparation du noyau et du manteau qui persistent comme chimiquement distinctes aujourd'hui. Crédit :Neil Bennett
Les isotopes sont des versions d'éléments avec le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents. Isotope radioactif des éléments, comme l'iode-129, sont instables. Pour gagner en stabilité, l'iode-129 se désintègre en xénon-129. Par conséquent, les signatures isotopiques du xénon dans les échantillons du manteau de panache sont directement liées au comportement de l'iode pendant la période de séparation noyau-manteau.
En utilisant des cellules à enclume de diamant pour recréer les conditions extrêmes dans lesquelles le noyau terrestre s'est séparé de son manteau, Jackson, Fei, et leurs collègues, Neil Bennett et Zhixue Du de Carnegie et Elizabeth Cottrell du Smithsonian, ont déterminé comment l'iode se répartissait entre le noyau métallique et le manteau de silicate. Ils ont également démontré que si le noyau naissant se séparait des régions les plus profondes du manteau alors qu'il était encore en croissance, alors ces poches du manteau posséderaient la chimie nécessaire pour expliquer les signatures isotopiques uniques du tungstène et du xénon, à condition que ces poches ne soient pas mélangées avec le reste du manteau jusqu'à nos jours.
Selon Bennett :« Le comportement clé que nous avons identifié était que l'iode commence à se dissoudre dans le cœur sous des pressions et des températures très élevées. Dans ces conditions extrêmes, iode et hafnium, qui se désintègrent radioactivement en xénon et tungstène, afficher des préférences opposées pour le métal de formation de noyaux. Ce comportement conduirait aux mêmes signatures isotopiques uniques maintenant associées aux points chauds. »
Les calculs de l'équipe prédisent également que les signatures isotopiques du tungstène et du xénon devraient être associées à des poches denses du manteau.
"Comme des pépites de chocolat dans une pâte à biscuits, ces poches denses du manteau seraient très difficiles à remettre en place, et cela peut être un aspect crucial de la conservation de leurs anciennes signatures isotopiques du tungstène et du xénon jusqu'à nos jours, " expliqua Jackson.
"Ce qui est encore plus excitant, c'est qu'il y a de plus en plus de preuves géophysiques qu'il existe en réalité des régions denses du manteau, reposant juste au-dessus du noyau, appelées zones à ultrafaible vitesse et grandes provinces à faible vitesse de cisaillement. Ce travail relie ces observations, " Fei a ajouté. " La méthodologie développée ici ouvre également de nouvelles opportunités pour étudier directement les processus terrestres profonds. "
