L’origine des composants terrestres révélée par la composition du manteau inférieur

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À quel moment, et à partir de quelle source, sont arrivés les éléments volatils comme le carbone, l’azote et l’eau ? Plusieurs modèles existent. Certaines études suggèrent que l’assimilation de ces éléments chimiques a eu lieu avant l’impact géant ayant donné naissance à la Lune, d’autres qu’ils seraient arrivés après. Trois sources principales sont également évoquées pour expliquer la composition en éléments volatils de la Terre : le Soleil, les chondrites (météorites riches en carbone provenant de l’extérieur du Système solaire) et les comètes.

Le disque proto-planétaire à l'origine, en partie, des planètes du Système solaire. © ESO, L. Calçada
Le disque proto-planétaire à l'origine, en partie, des planètes du Système solaire. © ESO, L. Calçada

Le krypton, un bon traceur chimique

Pour tenter de contraindre la question de l’origine des éléments volatils, une équipe de chercheurs de l’université de Californie s’est intéressée à la composition du manteau inférieur de la Terre. Les scientifiques ont plus particulièrement traqué la présence des différents isotopes du krypton, un élément chimique de la famille des gaz nobles. Étant inertes, les gaz nobles sont en effet de bons traceurs des sources des éléments volatils. Le krypton, en particulier, est très utile pour différencier les sources solaires des sources chondritiques grâce à leurs différences isotopiques assez claires.

Pour leur étude, les chercheurs sont allés échantillonner des roches volcaniques produites par des volcans de point chaud en Islande et dans les Galápagos. En effet, le magma alimentant ces volcans provient d’une zone très profonde dans le manteau terrestre, proche de la limite avec le noyau externe. La composition des roches magmatiques éruptées est donc représentative d’un manteau primitif, dont la composition chimique a peu évolué depuis la formation de la Terre, il y a 4,4 milliards d’années. Les magmas remontant de ces zones très profondes sont en particulier composés de certains gaz nobles. Lorsqu’ils arrivent en surface grâce aux processus éruptifs, les magmas vont alors emprisonner ces...

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