L’hélium-3, un isotope rare de l’hélium gazeux, s’échappe du noyau terrestre, selon une nouvelle étude. Parce que presque tout l’hélium-3 provient du Big Bang, la fuite de gaz ajoute la preuve que la Terre s’est formée à l’intérieur d’une nébuleuse solaire, ce qui a longtemps été débattu.
L’hélium-3 a été mesuré à la surface de la Terre en quantités relativement faibles. Mais les scientifiques ne savaient pas quelle quantité fuyait du noyau de la Terre, par opposition à ses couches intermédiaires, appelées le manteau.
La nouvelle étude identifie le noyau comme une source majeure d’hélium-3 sur la Terre. Certains processus naturels peuvent générer de l’hélium-3, comme la désintégration radioactive du tritium, mais l’hélium-3 est principalement fabriqué dans des nébuleuses – des nuages massifs et rotatifs de gaz et de poussière comme celui qui a donné naissance à notre système solaire. Parce que l’hélium est l’un des premiers éléments produits dans l’univers, la majeure partie de l’hélium-3 remonte au Big Bang.
Au fur et à mesure qu’une planète grandit, elle accumule des matériaux de son environnement, de sorte que sa composition reflète l’environnement dans lequel elle s’est formée. Pour obtenir de fortes concentrations d’hélium-3 profondément dans le noyau, la Terre aurait dû se former à l’intérieur d’une nébuleuse solaire florissante, et non sur ses franges ou pendant sa phase de déclin.
La nouvelle recherche ajoute des indices supplémentaires au mystère entourant la formation de la Terre, apportant des preuves supplémentaires à la théorie selon laquelle notre planète s’est formée à l’intérieur de la nébuleuse solaire.
L’étude a été publiée dans la revue AGU Géochimie, Géophysique, Géosystèmesqui publie des recherches sur la chimie, la physique, la géologie et la biologie de la Terre et des processus planétaires.
Environ 2 000 grammes d’hélium-3 s’échappent de la Terre chaque année, « à peu près assez pour remplir un ballon de la taille de votre bureau », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Peter Olson, géophysicien à l’Université du Nouveau-Mexique. « C’est une merveille de la nature, et un indice pour l’histoire de la Terre, qu’il y ait encore une quantité importante de cet isotope à l’intérieur de la Terre. »
Les chercheurs ont modélisé l’hélium au cours de deux étapes clés de l’histoire de la Terre : la formation précoce, lorsque la planète accumulait de l’hélium, et après la formation de la Lune, après laquelle l’hélium a été perdu. Les preuves suggèrent qu’un objet d’un tiers de la taille de la Terre a frappé la planète au début de son histoire, il y a environ 4 milliards d’années et que l’impact aurait refondu la croûte terrestre, permettant à une grande partie de l’hélium de s’échapper. Le gaz continue de s’échapper à ce jour.
En utilisant le taux de fuite d’hélium-3 moderne ainsi que des modèles de comportement des isotopes de l’hélium, les chercheurs ont estimé qu’il y avait entre 10 téragrammes (1013 grammes) et un pétagramme (1015 grammes) d’hélium-3 dans le noyau – une grande quantité qui, selon Olson, indique à la formation de la Terre à l’intérieur de la nébuleuse solaire, où de fortes concentrations de gaz lui auraient permis de s’accumuler profondément dans la planète.
Cependant, les travaux futurs à la recherche d’autres gaz créés par la nébuleuse, tels que l’hydrogène, fuyant à des taux et à des endroits similaires à ceux de l’hélium-3 pourraient être une « arme irréfutable » pour le noyau en tant que source, a déclaré Olson. « Il y a bien plus de mystères que de certitudes. »
Peter L. Olson et al, Échange primordial d’hélium-3 entre le noyau et le manteau de la Terre, Géochimie, Géophysique, Géosystèmes (2022). DOI : 10.1029/2021GC009985