D’où vient l’eau de la Terre ?

Regardez la Terre par rapport aux autres planètes rocheuses du voisinage, et la première chose qui sauterait probablement aux yeux est qu’il y a BEAUCOUP d’eau. Alors comment 70 % de la surface de notre planète s’est-elle retrouvée couverte de cet ingrédient essentiel à la vie ?

Cette question fait l’objet d’un débat scientifique animé, il s’avère.

Il existe deux théories dominantes : La première est que la Terre a conservé un peu d’eau lors de sa formation, car il y aurait eu de la glace dans la nébuleuse de gaz et de poussière (appelée nébuleuse proto-solaire) qui a finalement formé le soleil et les planètes il y a environ 4,5 milliards d’années. Une partie de cette eau est restée avec la Terre, et pourrait être recyclée à travers la couche mantellique de la planète, selon une théorie.

La seconde théorie soutient que la Terre, Vénus, Mars et Mercure auraient été suffisamment proches de cette nébuleuse proto-solaire pour que la plupart de leur eau ait été vaporisée par la chaleur ; ces planètes se seraient formées avec peu d’eau dans leurs roches. Dans le cas de la Terre, encore plus d’eau aurait été vaporisée lors de la collision qui a formé la lune. Dans ce scénario, au lieu d’être cultivés sur place, les océans auraient été livrés par des astéroïdes riches en glace, appelés chondrites carbonées.

Suivez l’eau

Les scientifiques peuvent suivre l’origine de l’eau de la Terre en examinant le rapport de deux isotopes de l’hydrogène, ou versions de l’hydrogène avec un nombre différent de neutrons, présents dans la nature. L’un est l’hydrogène ordinaire, qui n’a qu’un proton dans le noyau, et l’autre est le deutérium, également connu sous le nom d’hydrogène « lourd », qui a un proton et un neutron.

Le rapport entre le deutérium et l’hydrogène dans les océans de la Terre semble correspondre étroitement à celui des astéroïdes, qui sont souvent riches en eau et en autres éléments tels que le carbone et l’azote, plutôt qu’à celui des comètes. (Alors que les astéroïdes sont de petits corps rocheux qui gravitent autour du soleil, les comètes sont des corps glacés parfois appelés boules de neige sales qui libèrent du gaz et de la poussière et sont considérés comme des restes de la formation du système solaire.)

Les scientifiques ont également découvert des opales dans des météorites provenant d’astéroïdes (il s’agit probablement de morceaux arrachés à des astéroïdes). Comme les opales ont besoin d’eau pour se former, cette découverte est une autre indication de la présence d’eau dans les roches spatiales. Ces deux éléments de preuve favoriseraient une origine astéroïde. En outre, le deutérium a tendance à s’accumuler plus loin dans le système solaire que l’hydrogène, de sorte que l’eau formée dans les régions extérieures du système aurait tendance à être riche en deutérium.

Et pour couronner le tout, les planètes intérieures rocheuses contiennent relativement peu d’eau (par rapport à leur masse) par rapport aux lunes glacées de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, et même les géantes gazeuses elles-mêmes. Cela confirmerait l’idée que dans le système interne, l’eau s’est évaporée, alors que dans le système externe, elle ne l’a pas fait. Si l’eau s’évaporait sur Terre, il faudrait qu’elle soit remplacée par de l’eau provenant d’un autre endroit, et les astéroïdes riches en eau sont abondants aux confins du système.

Une preuve supplémentaire vient de la sonde DAWN de la NASA, lancée en 2007, qui a trouvé des traces d’eau sur Cérès et Vesta, les deux plus gros objets de la ceinture principale d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter.

L’eau de la Terre, c’est compliqué

Un coup d’éclat pour les astéroïdes ? Pas si vite. Pour que ce scénario fonctionne, il fallait que le rapport isotopique soit resté le même dans les océans au cours des derniers milliards d’années.

Mais si ce n’était pas le cas ?

Lydia Hallis, une scientifique planétaire de l’Université de Glasgow au Royaume-Uni, pense que l’hydrogène présent sur la Terre primitive contenait beaucoup moins de deutérium que maintenant. Le rapport a changé parce qu’au début de l’histoire de la Terre, le rayonnement du soleil a chauffé à la fois l’hydrogène et le deutérium. L’hydrogène, plus léger, était plus susceptible de s’envoler dans l’espace, laissant plus de deutérium derrière lui.

En outre, au cours des dernières années, des modèles plus récents semblent montrer que la Terre a conservé beaucoup d’eau lors de sa formation, et que les océans pourraient avoir été présents pendant beaucoup plus longtemps que ce que l’on pensait.

Hallis et ses collègues ont examiné les rapports isotopiques de l’hydrogène dans les anciennes roches canadiennes, certaines des plus anciennes roches de la Terre. Les rapports isotopiques ressemblaient beaucoup moins aux astéroïdes et beaucoup plus à l’eau que l’on pourrait attendre de la nébuleuse solaire primitive dans la région – les roches avaient plus d’hydrogène ordinaire et moins de deutérium. Mais le ratio actuel de l’océan ressemble à celui des astéroïdes. Cela semblerait indiquer que quelque chose a changé au cours des derniers milliards d’années. Les recherches ont été publiées dans la revue Science en 2015.

Si les océans de la Terre ont été formés à partir de l’eau de notre propre planète, plutôt que d’astéroïdes, cela résoudrait quelques problèmes pour les scientifiques planétaires. L’un est de savoir pourquoi la Terre semble avoir tant d’eau en premier lieu. L’autre est de savoir pourquoi la vie, qui, pour autant qu’on le sache, nécessite de l’eau, semble être apparue si rapidement une fois que la Terre avait une surface solide.

En dehors des travaux de Hallis, d’autres scientifiques ont étudié les façons dont l’eau pourrait être recyclée à l’intérieur de la Terre. En 2014, Wendy Panero, professeur agrégé de sciences de la terre à l’Ohio State, et Jeff Pigott, étudiant en doctorat, ont proposé la théorie selon laquelle la Terre s’est formée avec des océans entiers d’eau à l’intérieur. Via la tectonique des plaques, cette eau a alimenté les océans. Ils ont étudié le grenat, et ont découvert qu’il pouvait fonctionner avec un autre minéral, appelé ringwoodite, pour livrer de l’eau à l’intérieur de la Terre – de l’eau qui remonterait plus tard au fur et à mesure que le matériau du manteau circulerait.

Compliquant le tableau, aucune de ces hypothèses n’est mutuellement exclusive. Les astéroïdes pourraient livrer de l’eau tandis qu’une partie pourrait provenir de l’intérieur de la Terre. La question est de savoir quelle quantité chacun livrerait – et comment le découvrir.

Ce mystère en restera donc un, au moins pour un peu plus longtemps.

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