À ses débuts, la Terre a peut-être avalé une planète similaire à Mercure, mais beaucoup plus grande. Ce repas précoce pourrait expliquer la composition troublante des couches de la Terre et expliquer le champ magnétique qui rend la vie possible ici.
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"Nous pensons que nous pouvons faire d'une pierre deux coups", déclare Bernard Wood, géochimiste à l'Université d'Oxford, qui a rapporté l'idée cette semaine dans la revue Nature.
S'il semble incroyable qu'en 2015 nous ne sachions toujours pas comment notre monde s'est formé, il est difficile de jeter un coup d'œil sur son intérieur. Les exercices les plus longs et les plus robustes jamais réalisés ne peuvent pas dépasser la mince croûte extérieure de la Terre. Des canaux naturels de roches chaudes apportent utilement des matériaux à la surface de la couche de manteau plus profonde pour que nous puissions les étudier, mais même ces colonnes, longues de plusieurs centaines de kilomètres, semblent peu profondes lorsque nous pensons au centre de la planète à plus de 3 700 km au-dessous de nous. Mieux comprendre l’histoire de la Terre revient donc un peu à essayer de deviner comment un gâteau a été cuit en goûtant le glaçage et peut-être quelques miettes égarées. Il reste encore beaucoup de place pour de nouvelles preuves et de nouvelles idées.
«C'est une période excitante pour être sur le terrain», déclare le géochimiste Richard Carlson de la Carnegie Institution de Washington. "Beaucoup d'études sont en train de sortir d'études sur la Terre profonde que nous ne comprenons pas très bien."
La vision traditionnelle de la fusion de la Terre commence par l’agrégation de débris spatiaux. Des roches ressemblant aux météores pierreux qui pleuvent encore sur nous aujourd'hui se sont mélangées pour former des morceaux de plus en plus gros. Pressé, pilonné et chauffé, un tas de débris en croissance a finalement fondu puis refroidi, formant des couches lentes sur des milliards d'années. Les miettes géologiques étudiées dans les années 1980 ont permis de corroborer cette histoire. À l'exception de certains métaux tels que le fer, dont on pense que la plupart ont coulé jusqu'au cœur de la Terre, les roches terrestres semblaient être constituées à peu près du même matériau que les chondrites, un groupe particulier de météores pierreux.
Il y a environ une décennie, Carlson a trouvé des doutes, après avoir comparé des roches de la Terre et des roches de l'espace avec de meilleurs instruments. Son équipe a étudié deux éléments rares portant des noms inhabituels et des personnalités magnétiques: le néodyme, un ingrédient des aimants utilisés dans les voitures hybrides et les grandes éoliennes, et le samarium, commun aux aimants pour casque. Les échantillons terrestres contenaient moins de néodyme par rapport au samarium que les chondrites, ont découvert les chercheurs.
Ce petit écart de seulement quelques pour cent était encore difficile à expliquer. Peut-être, spécula Carlson, une Terre refroidissante formait des couches beaucoup plus rapidement qu'on ne le pensait auparavant, en dizaines de millions d'années au lieu de milliards. Une couche supérieure qui se formerait rapidement serait épuisée en néodyme, équilibrée par une couche inférieure qui masquait l'élément manquant au fond du manteau. Cependant, aucune preuve n'a été trouvée de ce réservoir secret. Sa tendance à rester obstinément collée en profondeur est difficile à expliquer, étant donné que le manteau tourne comme une soupe bouillante, amenant souvent ses ingrédients à la surface lors de la création de volcans. Et si la lune est née lorsqu'un corps planétaire s'est écrasé sur la Terre, comme on le pense généralement, la fonte provoquée par cet impact aurait dû mélanger le réservoir dans le manteau.
Au lieu d'essayer de rendre compte du néodyme caché, un deuxième groupe de scientifiques a proposé un moyen de s'en débarrasser. Ils ont imaginé une croûte enrichie en néodyme poussant sur les roches chondritiques à partir desquelles la Terre a été fabriquée. Des collisions entre ces objets auraient pu racler une grande partie de cette couche externe, rendant le néodyme plus rare.
Mais il y a aussi des problèmes avec cette vue. Aucune météorite n'a jamais été trouvée avec des compositions similaires aux débris érodés. En outre, cette peau éliminée aurait emporté une grande partie de la chaleur de la Terre. L'uranium, le thorium et d'autres matières radioactives, qui, nous le savons, sont responsables de la chaleur de notre planète, se seraient également retrouvés dans la couche retirée.
«Environ 40% des éléments producteurs de chaleur de la Terre seraient perdus dans l'espace», explique Ian Campbell, géochimiste à l'Université nationale australienne.
Espérant conserver ces éléments essentiels, Wood décida de peaufiner la chimie de la Terre dans sa jeunesse. Il s'est inspiré de l'une des planètes inconnues de notre système solaire: Mercure. Sur le plan chimique, la planète la plus proche du soleil est un lieu infernal chargé de soufre réel, appelé soufre par la science moderne. Comment des couches se formeraient-elles sur une jeune Terre si la planète ressemblait plus à Mercure? Pour répondre à cette question, Wood a ajouté du soufre à des mélanges d’éléments destinés à simuler la composition de la Terre primitive. Il a fait cuire les planètes factices à des températures aussi élevées que du carburéacteur en poudre et les a pilonnées avec un piston à des pressions d'environ 15 000 fois supérieures à celles d'un autocuiseur domestique classique.
Donnés avec suffisamment de soufre, les proto-mondes miniatures ont enterré le néodyme alors qu’ils formaient des couches - pas dans leurs faux manteaux, mais plus profondément dans leurs faux noyaux. Le néodyme piégé dans le noyau pour de bon pourrait expliquer l'anomalie de Carlson. Ce surplus de soufre aurait pu provenir d'un objet semblable à Mercure ayant frappé très tôt la Terre en croissance, peut-être même le même objet qui aurait formé la Lune, suggère Wood.
"Nous aurions besoin d'un corps de 20 à 40% de la taille de la Terre." Il est également possible que la Terre se soit développée au départ à partir d'un noyau fabriqué non pas de chondrites, mais d'autres débris spatiaux riches en soufre. De toute façon, cette histoire cosmique aurait pu préparer le terrain pour la montée de la vie sur Terre. En effet, le soufre aurait également contribué à attirer l'uranium et le thorium dans le noyau. La chaleur ajoutée par ces éléments radioactifs pourrait aider à bouger la partie extérieure du noyau, et on pense que ce mouvement vigoureux du métal en fusion engendre les courants qui génèrent à leur tour le champ magnétique de la Terre.
Une illustration (non à l'échelle) du soleil et de son interaction avec le champ magnétique terrestre. (Centre de vol spatial Goddard de la NASA) Sans magnétisme, les tortues de mer et les capitaines de navires ne pourraient pas naviguer - ou même exister. La vie n'aurait pas été possible à la surface de la planète sans la protection fournie par le champ contre les particules de haute énergie s'écoulant du soleil.
Les collègues de Wood décrivent sa théorie comme plausible. Mais comme les autres histoires d’origine qui ont été écrites ces dernières années sur la Terre, elles sont loin d’être définitives. D'une part, les températures et les pressions atteintes lors de l'expérience, aussi extrêmes soient-elles, étaient bien en deçà des conditions régnant à l'intérieur de la proto-Terre. D'autre part, des études sur la façon dont les tremblements de terre se propagent à l'intérieur de la planète ont imposé des limites à la clarté du noyau, et le déversement d'une grande quantité de soufre au centre de la planète pourrait placer le noyau trop près de ces limites.
Pour renforcer son cas, Wood envisage de parcourir le tableau périodique des éléments pour trouver d’autres éléments aux abondances mystérieuses qui pourraient être expliqués en ajoutant du soufre au mélange primordial. Compte tenu de l'historique du secteur, il faudra beaucoup de choses pour convaincre des sceptiques tels que Bill McDonough, géochimiste à l'Université du Maryland. «Je place cette idée bien en dessous des 50% de chances d’avoir raison», dit-il .
