Depuis de nombreuses années, les scientifiques prédisent que de nombreux éléments essentiels à la vie , comme le soufre et l'azote, sont arrivés sur Terre lorsque des objets de type astéroïde les transportant se sont écrasés sur la surface de notre planète.
Mais de nouvelles recherches publiées par notre équipe dans Science Advances suggèrent que bon nombre de ces éléments, appelés volatils, pourraient avoir existé sur la Terre depuis le début, alors qu'elle formait une planète.
Les matières volatiles s'évaporent plus facilement que les autres éléments. Les exemples courants incluent le carbone, l'hydrogène et l'azote, bien que nos recherches se soient concentrées sur un groupe appelé chalcogènes . Le soufre, le sélénium et le tellure sont tous des chalcogènes.
Comprendre comment ces éléments volatils sont arrivés sur Terre aide les planétologues comme nous à mieux comprendre l'histoire géologique de la Terre et pourrait nous en apprendre davantage sur l'habitabilité des planètes telluriques au-delà de la Terre.
La théorie populaire du « placage tardif » prédit que la Terre s'est d'abord formée à partir de matériaux pauvres en substances volatiles . Selon la théorie, après la formation du noyau terrestre, la planète est devenue volatile lorsque des corps riches en substances volatiles du système solaire externe ont heurté la surface.
Ces objets représentaient environ un demi pour cent de la masse de la Terre . Si la théorie du placage tardif est exacte, alors la plupart des éléments qui composent la vie sont arrivés sur Terre quelque temps après la formation du noyau terrestre .
Mais nos nouvelles recherches suggèrent que la Terre possédait tous ses éléments volatils essentiels à la vie dès le début, lors de la formation de la planète. Ces résultats remettent en question la théorie du placage tardif et sont cohérents avec une autre étude retraçant l'origine de l'eau sur Terre .
Les isotopes ont de nombreuses applications utiles, de l’archéologie et de la médecine aux sciences planétaires.
Pour étudier l'origine des substances volatiles sur Terre, nous avons utilisé une technique informatique appelée calcul des premiers principes . Cette technique décrit le comportement des isotopes , qui sont des atomes d'un élément possédant un nombre variable de neutrons. Vous pouvez considérer un élément comme une famille : chaque atome a le même nombre de protons, mais différents cousins isotopiques ont un nombre différent de neutrons.
Différents isotopes se sont comportés légèrement différemment à chaque étape de la formation de la Terre. Et les isotopes ont laissé une signature après chaque étape de formation que les scientifiques peuvent utiliser comme une sorte d'empreinte digitale pour suivre où ils se trouvaient tout au long de la formation de la Terre.
Le calcul des premiers principes nous a permis de calculer les signatures isotopiques que nous nous attendrions à voir pour différents chalcogènes, en fonction de la façon dont la Terre s'est formée. Nous avons exécuté quelques modèles et comparé nos prévisions isotopiques pour chaque modèle avec les mesures réelles des isotopes du chalcogène sur Terre.
Nous avons constaté que même si de nombreuses substances volatiles se sont évaporées lors de la formation de la Terre, lorsqu'elle était chaude et incandescente, il en reste encore beaucoup plus aujourd'hui. Nos résultats suggèrent que la plupart des substances volatiles présentes sur Terre sont probablement des restes du stade précoce de la formation de la Terre.
Bien que les chalcogènes soient intéressants à étudier, les recherches futures devraient s’intéresser à d’autres substances volatiles essentielles à la vie, comme l’azote. Et des recherches plus approfondies sur le comportement de ces substances volatiles dans des conditions extrêmes pourraient nous aider à en savoir plus sur le comportement des isotopes au cours de chacune des étapes de croissance de la formation de la Terre.
Nous espérons également utiliser cette approche pour voir si certaines exoplanètes – des planètes situées au-delà de notre système solaire – pourraient être habitables pour la vie.
Plus d'informations : Wenzhong Wang et al, Les isotopes du chalcogène révèlent une contribution volatile limitée du placage tardif à la Terre, Science Advances (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adh0670