Il y a environ 4,5 milliards d’années, la jeune Terre était en grande partie un monde entièrement fondu. À mesure que la planète s’échauffait et se différenciait progressivement, le fer dense sombrait vers son centre, formant le noyau métallique, tandis que les matériaux silicatés plus légers montaient pour constituer le manteau. Cette séparation façonna la structure interne de la Terre, mais elle n’a peut-être pas marqué la fin des échanges entre ces deux immenses réservoirs.
Dans une étude récente publiée dans Science Advances, des scientifiques ont examiné si le noyau de la Terre est resté isolé du manteau ou si des matériaux ont continué à circuler entre eux au fil de milliards d’années. Pour ce faire, les chercheurs se sont tournés vers des signatures chimiques inhabituelles présentes dans les roches volcaniques, susceptibles d’offrir des indices remontant à l’histoire la plus ancienne de la planète.
Les résultats suggèrent que l’hydrogène — un élément clé de l’eau — s’est échappé du noyau métallique de la planète vers la couche la plus profonde du manteau, et a fini par influencer la composition des roches volcaniques en surface.
Échange noyau-manteau
L’intérieur de la Terre n’est pas nécessairement chimiquement homogène. Certaines régions du manteau profond ont conservé des matériaux issus de la formation de la planète, survécuant à la chaleur immense et au mélange de sa jeune histoire. Certains matériaux inhabituels pourraient avoir pris leur origine dans le noyau et avoir ensuite migré vers le manteau rocheux qui se trouve au-dessus.
Les chercheurs à l’origine de cette étude ont utilisé des simulations informatiques pour reproduire les conditions rencontrées au cœur de la Terre. Ils ont cherché à étudier comment deux formes d’hydrogène, l’hydrogène léger standard et une version plus lourde appelée deutérium, se comportaient lorsque la roche en fusion refroidissait et se cristallisait en minéraux différents.
Les simulations ont révélé que, lorsque l’ancien océan magmatique de la Terre refroidissait et se cristallisait, ses deux formes d’hydrogène se répartissaient assez uniformément à travers le manteau. Bien que de petites variations dans les rapports isotopiques se soient développées à différentes profondeurs, elles étaient insuffisantes pour expliquer les niveaux exceptionnellement bas de deutérium observés dans les roches volcaniques de lieux tels que l’île de Baffin dans l’Arctique canadien et l’Islande.
Noyau fuyant
Pour aider à expliquer les signatures chimiques inhabituelles présentes dans les roches volcaniques, les chercheurs avancent l’idée que l’eau, sous forme d’hydrogène avec une faible proportion de deutérium, a probablement fui du noyau métallique de la Terre vers le manteau environnant au fil des milliards d’années. À mesure que le fer s’enfonçait pour former le noyau, il absorbait l’hydrogène plus léger, privant le noyau terrestre de deutérium.
Un autre indice pointant vers un noyau fuyant est la présence de rapports anormalement élevés d’hélium-3 par rapport à l’hélium-4 trouvés dans les roches volcaniques, un hélium rare qui aurait pu être préservé dans le noyau de la Terre depuis les premiers temps de son histoire. Les mêmes roches volcaniques présentent aussi des signatures inhabituelles de tungstène et de ruthénium, indiquant également une contribution du noyau.
Les résultats renforcent la possibilité qu’un matériel volatil primordial ait été transféré du noyau vers le manteau. Un tel échange aurait des implications importantes pour la compréhension de l’intérieur de la Terre. Plutôt que d’agir comme deux réservoirs chimiques complètement séparés, le noyau et le manteau auraient pu échanger des éléments volatils au fil du temps géologique, permettant au matériel provenant des profondeurs de la Terre d’influencer la composition des roches volcaniques en surface.
Les chercheurs espèrent mener de futures études afin de tenter de déterminer exactement comment le matériel du noyau parvient à migrer jusqu’au manteau.
