Discovery répond à des questions clés sur l’histoire géochimique de la Terre – ScienceDaily

Les étoiles dans leur jeunesse sont entourées d’un disque tournant de gaz et de poussière. Au fil du temps, ce matériau se combine pour former des corps plus gros, y compris des planètes. Certains de ces objets sont brisés par des collisions dans l’espace, dont les restes se précipitent parfois dans l’atmosphère terrestre sous la forme de météores.

En étudiant la chimie et la minéralogie des météorites, des chercheurs comme Nie de Carnegie et Anat Shahar peuvent révéler des détails sur les conditions auxquelles ces matériaux ont été exposés pendant les premières années turbulentes du système solaire. Il est particulièrement intéressant de savoir pourquoi les éléments dits modérément volatils sur Terre et dans les échantillons de météorites sont plus appauvris que le système solaire moyen, représenté par la formation du Soleil. Ils sont ainsi nommés parce que leurs points d’ébullition relativement bas signifient qu’ils s’évaporent facilement.

On a longtemps supposé que les périodes de chauffage et de refroidissement conduisaient à l’évaporation des substances volatiles des météorites. Ni et son équipe ont montré qu’un phénomène totalement différent est à l’origine de la perte de l’état des volatiles.

Résoudre le casse-tête impliquait d’étudier une classe primitive spéciale de météorites appelées chondrites carbonées qui contenaient des gouttelettes de cristal, appelées chondres, qui faisaient partie du disque original de matière entourant le jeune Soleil. En raison de leurs origines anciennes, ces perles sont un excellent laboratoire pour révéler l’histoire géochimique du système solaire.

« Comprendre les conditions dans lesquelles ces éléments volatils sont dépouillés de cartilage peut nous aider à travailler en arrière pour voir quelles conditions ils ont vécues dans la jeunesse du système solaire et toutes les années depuis », a expliqué Ni.

Elle et ses collègues ont entrepris d’étudier l’anisotropie isotopique du potassium et du rubidium, deux éléments modérément volatils. L’équipe de recherche comprenait Chahar et des collègues de l’Université de Chicago, où Ni était un étudiant diplômé avant de rejoindre Carnegie—Timo Hope, Justin Wei Ho, Zhi Jie-Chang et Nicholas Duvas—ainsi que Shen Yang Chen. et Fang-Zhen Teng de l’Université de Washington à Seattle.

Chaque élément a un nombre unique de protons, mais ses isotopes ont un nombre variable de neutrons. Cela signifie que chaque isotope a une masse légèrement différente de celle de son homologue. En conséquence, les réactions chimiques distinguent les isotopes, qui, à leur tour, affectent le rapport de cet isotope dans les produits finaux de la réaction.

« Cela signifie que les différents types de traitement chimique auxquels le cartilage a été soumis seront évidents dans sa composition isotopique, quelque chose que nous pouvons examiner avec des instruments fins », a ajouté Ni.

Leurs travaux ont permis aux chercheurs de trancher le débat sur comment et quand le cartilage a perdu les volatiles au cours de sa vie. L’enregistrement isotopique révélé par Ni et son équipe indique que les volatiles ont été emportés par des ondes de choc massives traversant le matériau en orbite autour du jeune Soleil, faisant potentiellement fondre la poussière pour former du cartilage. Ces types d’événements peuvent être générés par des instabilités gravitationnelles ou par de grandes petites planètes se déplaçant dans le gaz de la nébuleuse.

« Nos découvertes fournissent de nouvelles informations sur la jeunesse de notre système solaire et les événements qui ont façonné la géochimie des planètes, y compris la nôtre », a conclu Ni.

« Révéler que les ondes de choc ont modifié le matériau à partir duquel les planètes sont nées a également des implications majeures pour la science de la Terre », a ajouté Richard Carlson, directeur du Carnegie Earth and Planetary Laboratory. « Une fois qu’une planète devient aussi grande que la nôtre, sa gravité est suffisante pour que la perte de la plupart des éléments volatils devienne très difficile. Savoir que les éléments modérément volatils ont été retirés des blocs de construction planétaires eux-mêmes répond à des questions fondamentales sur l’évolution géochimique de la Terre. « 

Ce travail a été soutenu par la NASA, une bourse postdoctorale Carnegie et une bourse postdoctorale Carnegie x postdoctoral.