Une nouvelle étude d’une vieille météorite contredit la pensée actuelle sur la façon dont les planètes rocheuses comme la Terre et Mars acquièrent des éléments volatils tels que l’hydrogène, le carbone, l’oxygène, l’azote et les gaz nobles lors de leur formation. L’ouvrage est publié le 16 juin dans La science.
Une hypothèse de base sur la formation des planètes est que les planètes collectent d’abord ces volatiles de la nébuleuse autour d’une jeune étoile, a déclaré Sandrine Péron, une chercheuse postdoctorale travaillant avec le professeur Sujoy Mukhopadhyay au Département des sciences de la Terre et des planètes de l’Université de Californie à Davis.
Parce que la planète est une boule de roche en fusion à ce stade, ces éléments se dissolvent initialement dans l’océan de magma, puis se dégazent dans l’atmosphère. Plus tard, les météorites chondritiques qui s’écrasent sur la jeune planète livrent des matériaux plus volatils.
Les scientifiques s’attendent donc à ce que les éléments volatils à l’intérieur de la planète reflètent la composition de la nébuleuse solaire, ou un mélange de volatils solaires et météoritiques, tandis que les volatils dans l’atmosphère proviendraient principalement des météorites. Ces deux sources – solaire vs chondritique – peuvent être distinguées par les rapports des isotopes des gaz nobles, en particulier du krypton.
Mars présente un intérêt particulier car elle s’est formée relativement rapidement, se solidifiant environ 4 millions d’années après la naissance du système solaire, tandis que la Terre a mis 50 à 100 millions d’années à se former.
« Nous pouvons reconstituer l’histoire de la livraison volatile au cours des premiers millions d’années du système solaire », a déclaré Péron.
Météorite de l’intérieur de Mars
Certaines météorites qui tombent sur Terre proviennent de Mars. La plupart proviennent de roches de surface qui ont été exposées à l’atmosphère de Mars. La météorite de Chassigny, tombée sur Terre dans le nord-est de la France en 1815, est rare et inhabituelle car on pense qu’elle représente l’intérieur de la planète.
En effectuant des mesures extrêmement minutieuses de quantités infimes d’isotopes de krypton dans des échantillons de la météorite à l’aide d’une nouvelle méthode mise en place au UC Davis Noble Gas Laboratory, les chercheurs ont pu déduire l’origine des éléments dans la roche.
« En raison de leur faible abondance, les isotopes du krypton sont difficiles à mesurer », a déclaré Péron.
Étonnamment, les isotopes du krypton dans la météorite correspondent à ceux des météorites chondritiques, et non à la nébuleuse solaire. Cela signifie que les météorites livraient des éléments volatils à la planète en formation beaucoup plus tôt qu’on ne le pensait auparavant, et en présence de la nébuleuse, inversant la pensée conventionnelle.
« La composition intérieure martienne du krypton est presque purement chondritique, mais l’atmosphère est solaire », a déclaré Péron. « C’est très distinct. »
Les résultats montrent que l’atmosphère de Mars ne peut pas s’être formée uniquement par dégazage du manteau, car cela lui aurait donné une composition chondritique. La planète doit avoir acquis l’atmosphère de la nébuleuse solaire, après le refroidissement de l’océan magmatique, pour empêcher un mélange substantiel entre les gaz chondritiques intérieurs et les gaz solaires atmosphériques.
Les nouveaux résultats suggèrent que la croissance de Mars s’est achevée avant que la nébuleuse solaire ne soit dissipée par le rayonnement du Soleil. Mais l’irradiation aurait également dû souffler sur l’atmosphère nébulaire de Mars, ce qui suggère que le krypton atmosphérique a dû être préservé d’une manière ou d’une autre, éventuellement piégé sous terre ou dans des calottes glaciaires polaires.
« Cependant, cela nécessiterait que Mars ait été froide immédiatement après son accrétion », a déclaré Mukhopadhyay. « Bien que notre étude indique clairement les gaz chondritiques à l’intérieur de Mars, elle soulève également des questions intéressantes sur l’origine et la composition de l’atmosphère primitive de Mars. »
Péron et Mukhopadhyay espèrent que leur étude stimulera d’autres travaux sur le sujet.
Sandrine Péron, Le krypton dans la météorite de Chassigny montre que Mars a accrété des volatils chondritiques avant les gaz nébulaires, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abk1175. www.science.org/doi/10.1126/science.abk1175