Un schéma illustrant la formation d'une planète de la taille de Mars (à gauche) et sa différenciation en un corps avec un noyau métallique et un réservoir de silicate sus-jacent. Le noyau riche en soufre expulse le carbone, produisant du silicate avec un rapport carbone/azote élevé. La collision lunaire d'une telle planète avec la Terre en croissance (à droite) peut expliquer l'abondance sur Terre d'eau et d'éléments essentiels à la vie comme le carbone, l'azote et le soufre, ainsi que la similitude géochimique entre la Terre et la Lune. Crédit :Rajdeep Dasgupta
La plupart des éléments essentiels de la Terre pour la vie, y compris la plupart du carbone et de l'azote en vous, provenaient probablement d'une autre planète.
La Terre a très probablement reçu la majeure partie de son carbone, l'azote et d'autres éléments volatils essentiels à la vie de la collision planétaire qui a créé la lune il y a plus de 4,4 milliards d'années, selon une nouvelle étude réalisée par les pétrologues de l'Université Rice dans le journal Avancées scientifiques .
"De l'étude des météorites primitives, les scientifiques savent depuis longtemps que la Terre et les autres planètes rocheuses du système solaire interne sont appauvries en matières volatiles, ", a déclaré le co-auteur de l'étude Rajdeep Dasgupta. "Mais le moment et le mécanisme de la livraison volatile ont été vivement débattus. Le nôtre est le premier scénario qui peut expliquer le calendrier et la livraison d'une manière cohérente avec toutes les preuves géochimiques. »
Les preuves ont été compilées à partir d'une combinaison de températures élevées, expériences à haute pression dans le laboratoire de Dasgupta, qui se spécialise dans l'étude des réactions géochimiques qui se déroulent au plus profond d'une planète sous une chaleur et une pression intenses.
Dans une série d'expériences, L'auteur principal de l'étude et étudiant diplômé, Damanveer Grewal, a rassemblé des preuves pour tester une théorie de longue date selon laquelle les substances volatiles de la Terre sont arrivées à la suite d'une collision avec une planète embryonnaire dotée d'un noyau riche en soufre.
La teneur en soufre du noyau de la planète donneuse est importante en raison de la panoplie déroutante de preuves expérimentales sur le carbone, l'azote et le soufre qui existent dans toutes les parties de la Terre autres que le noyau.
"Le noyau n'interagit pas avec le reste de la Terre, mais tout au-dessus, le manteau, la croûte, l'hydrosphère et l'atmosphère, sont tous connectés, " dit Grewal. " Les cycles de matériaux entre eux. "
Une idée de longue date sur la façon dont la Terre a reçu ses volatiles était la théorie du « placage tardif » selon laquelle les météorites riches en volatiles, les restes de matière primordiale du système solaire extérieur, arrivé après la formation du noyau terrestre. Et tandis que les signatures isotopiques des volatiles de la Terre correspondent à ces objets primordiaux, appelées chondrites carbonées, le rapport élémentaire du carbone à l'azote est éteint. Le matériau non essentiel de la Terre, que les géologues appellent la Terre silicatée en vrac, contient environ 40 parties de carbone pour chaque partie d'azote, environ deux fois le rapport 20-1 observé dans les chondrites carbonées.
les expériences de Grewal, qui a simulé les hautes pressions et températures pendant la formation du noyau, testé l'idée qu'un noyau planétaire riche en soufre pourrait exclure le carbone ou l'azote, ou les deux, laissant des fractions beaucoup plus importantes de ces éléments dans le silicate en vrac par rapport à la Terre. Dans une série d'essais dans une gamme de températures et de pressions, Grewal a examiné la quantité de carbone et d'azote entrant dans le cœur dans trois scénarios :pas de soufre, 10 pour cent de soufre et 25 pour cent de soufre.
"L'azote n'a pratiquement pas été affecté, " il a dit. " Il est resté soluble dans les alliages par rapport aux silicates, et n'a commencé à être exclu du cœur que sous la concentration de soufre la plus élevée."
Carbone, par contre, était considérablement moins soluble dans les alliages avec des concentrations de soufre intermédiaires, et les alliages riches en soufre ont absorbé environ 10 fois moins de carbone en poids que les alliages sans soufre.
Une étude des scientifiques de l'Université Rice (de gauche à droite) Gelu Costin, Soleil de Chenguang, Damanveer Grewal, Rajdeep Dasgupta et Kyusei Tsuno ont découvert que la Terre avait très probablement reçu la majeure partie de son carbone, l'azote et d'autres éléments essentiels à la vie de la collision planétaire qui a créé la lune il y a plus de 4,4 milliards d'années. Les résultats apparaissent dans le journal Avancées scientifiques . Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
En utilisant ces informations, ainsi que les rapports et concentrations connus des éléments à la fois sur Terre et dans les corps non terrestres, Dasgupta, Le chercheur postdoctoral de Grewal et Rice Chenguang Sun a conçu une simulation informatique pour trouver le scénario le plus probable qui a produit les volatiles de la Terre. Trouver la réponse impliquait de varier les conditions de départ, exécuter environ 1 milliard de scénarios et les comparer aux conditions connues dans le système solaire aujourd'hui.
"Ce que nous avons trouvé, c'est que toutes les preuves—signatures isotopiques, le rapport carbone-azote et les quantités globales de carbone, l'azote et le soufre dans le silicate en vrac de la Terre - sont compatibles avec un impact de formation de la lune impliquant un corps volatil, Planète de la taille de Mars avec un noyau riche en soufre, " dit Grewal.
Dasgupta, le chercheur principal d'un effort financé par la NASA appelé CLEVER Planets qui explore comment des éléments essentiels à la vie pourraient se réunir sur des planètes rocheuses lointaines, a déclaré qu'une meilleure compréhension de l'origine des éléments essentiels à la vie de la Terre a des implications au-delà de notre système solaire.
"Cette étude suggère qu'un rocher, Une planète semblable à la Terre a plus de chances d'acquérir des éléments essentiels à la vie si elle se forme et se développe à partir d'impacts géants avec des planètes qui ont échantillonné différents blocs de construction, peut-être de différentes parties d'un disque protoplanétaire, " a déclaré Dasgupta.
"Cela supprime certaines conditions aux limites, ", a-t-il déclaré. "Cela montre que des substances volatiles essentielles à la vie peuvent atteindre les couches superficielles d'une planète, même s'ils ont été produits sur des corps planétaires qui ont subi une formation de noyau dans des conditions très différentes."
Dasgupta a déclaré qu'il ne semble pas que le silicate en vrac de la Terre, tout seul, aurait pu atteindre les budgets volatiles essentiels à la vie qui ont produit notre biosphère, l'atmosphère et l'hydrosphère.
"Cela signifie que nous pouvons élargir notre recherche de voies qui conduisent à des éléments volatils se réunissant sur une planète pour soutenir la vie telle que nous la connaissons."
