Des fragments de la « proto-planète » infernale recouverte de lave qui existait avant la Terre il y a 4,5 milliards d’années ont survécu sans altération dans des roches anciennes, révèlent de nouvelles recherches révolutionnaires.
Les fragments contiennent des signatures potassiques révélatrices que l’on ne retrouve dans aucune autre roche ou météorite examinée jusqu’à présent par les scientifiques, selon une étude publiée le 14 octobre dans la revue Géosciences naturelles. Théoriquement, ces signatures auraient dû disparaître dans la collision géante qui a formé le lunemais il apparaît désormais qu’une poignée d’entre eux ont survécu à cet événement cataclysmique et ont ensuite résisté à l’épreuve du temps.
La Proto-Terre était une boule grésillante de roche en fusion bouillonnante qui formé de poussière cosmique et des météorites au début du système solaire. Mais après 100 millions d’années, notre première planète a été secouée par un impact catastrophique avec une planète de la taille de Mars appelée Theia. La collision a été si puissante qu’elle a complètement brouillé l’intérieur de la proto-Terre et fait exploser un morceau du précurseur terrestre qui est devenu la Lune.
Theia a également livré de grandes quantités de nouveaux matériaux à la proto-Terre, modifiant de manière irréversible la chimie du précurseur terrestre et la transformant en une planète plus semblable à celle d’aujourd’hui. Au fil des éons, la tectonique des plaques est apparueet les matériaux ont été recyclés à plusieurs reprises à l’intérieur de la Terre. En conséquence, les scientifiques ne pensaient pas qu’il était possible de trouver des fragments intacts de proto-Terre dans les roches modernes.
Les chercheurs ont déjà trouvé des roches avec des signatures chimiques inhabituelles liées à l’élément ruthénium qui pourraient être antérieures à l’impact de la formation de la lune, mais ces signatures pourraient également provenir d’après la collision, elles ne fournissent donc pas de preuves solides. Philippe Carterplanétologue informaticien et astrophysicien à l’Université de Bristol au Royaume-Uni, a déclaré à Live Science.
Les signatures potassiques récemment découvertes, en revanche, sont la preuve la plus définitive à ce jour que des fragments de proto-Terre existent encore, a ajouté Carter, qui n’a pas participé à l’étude. « L’explication la plus raisonnable est qu’il s’agit de matériaux qui ont survécu avant l’impact », a-t-il déclaré.
Indices sur les ratios de potassium
Les nouvelles signatures sont de subtils déséquilibres dans la proportion de différentes versions, ou isotopes, de l’élément potassium par rapport à d’autres matériaux sur Terre. Le potassium contient trois isotopes naturels – le potassium-39, le potassium-40 et le potassium-41 – qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons, ce qui leur donne des masses atomiques différentes.
Le potassium 39 et le potassium 41 dominent dans les roches terrestres, le potassium 40 n’existant qu’à l’état de traces. Dans travaux antérieursles auteurs de la nouvelle étude ont découvert des quantités anormales de potassium-40 dans les météorites, qui enregistrent les changements de conditions dans le système solaire sur de longues périodes. Cela suggère que les anomalies isotopiques du potassium peuvent identifier des matériaux antérieurs à la formation de la Terre moderne.
Pour la nouvelle étude, Nie et ses collègues ont échantillonné des roches anciennes provenant d’une poignée d’endroits qui produisaient auparavant d’étranges signatures de ruthénium, notamment des affleurements au Groenland, au Canada et à Hawaï. Pour détecter d’éventuelles anomalies isotopiques du potassium, les chercheurs ont réduit les roches en poudre et les ont dissoutes dans de l’acide. Ils ont ensuite isolé le potassium dans les échantillons et mesuré le rapport des différents isotopes du potassium à l’aide d’un spectromètre de masse.
Les roches étaient déficientes en potassium 40 par rapport aux quantités présentes dans d’autres matériaux sur Terre, ont découvert les chercheurs. Pour déterminer si cette anomalie isotopique du potassium pouvait remonter à la proto-Terre, l’équipe a réalisé des simulations informatiques. En utilisant les données de chaque météorite connue ayant atterri sur Terre, ils ont modélisé les effets de ces impacts et l’impact de la formation de la lune sur la composition de la Terre grâce à la livraison de nouveaux matériaux au fil des éons.
Les simulations ont révélé que la collision avec Theia, en particulier, a déversé beaucoup de potassium-40 sur Terre, expliquant la quantité plus élevée de potassium-40 que nous voyons aujourd’hui dans les roches. « Il faut ajouter une quantité importante de matière pour… modifier la signature globale et la composition isotopique globale du potassium dans la plupart des roches », a déclaré Carter. « La majeure partie de ce changement vient de l’impact lui-même de la formation de la lune – c’est l’argument qu’ils utilisent dans le document. »
La signature potassique découverte dans les roches anciennes est différente de celle que Nie et ses collègues ont trouvée précédemment dans les météorites. Il est donc peu probable que les météorites aient pu créer le profil potassique actuel de la Terre après l’impact de la formation de la lune. « Cela signifie en réalité que la proto-Terre s’est formée à partir d’un matériau isotopiquement distinct de toutes les météorites dont nous disposons », a déclaré Carter.
L’impact de la formation de la Lune est le seul événement connu qui aurait pu augmenter de manière significative la quantité de potassium 40 dans les roches sur Terre, a déclaré Carter. Cela signifie que les roches déficientes en potassium 40 du Groenland, du Canada et d’Hawaï sont plus anciennes que l’impact de formation de la lune et remontent à la proto-Terre, a-t-il déclaré.
Martin Schillerprofesseur agrégé de géochimie à l’Université de Copenhague au Danemark qui n’a pas participé à l’étude, a reconnu que les résultats sont convaincants. « L’observation vraiment surprenante/nouvelle est que la signature isotopique du potassium (dans les roches anciennes) ne peut pas être expliquée par un mélange de météorites primitives », a-t-il déclaré à Live Science dans un e-mail.
Les résultats impliquent que les restes de la proto-Terre ont survécu à des processus géologiques tels que le mélange constant du manteau, la couche de Terre située sous la croûte.
« C’est une signature qui a été préservée séparément du reste des roches terrestres pendant une longue période de temps », a déclaré Carter. Et il y a probablement davantage de ce matériau proto-Terrien caché à la base du manteau, a-t-il déclaré. « Nous n’obtenons que les petits éléments qui surviennent. »
