Une tranche de météorite chondrite. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Nicole Nie
Les météorites sont des vestiges des blocs de construction qui ont formé la Terre et les autres planètes en orbite autour de notre Soleil. Une analyse récente de leur composition isotopique dirigée par Nicole Nie de Carnegie et publiée dans Avancées scientifiques règle un débat de longue date sur l’évolution géochimique de notre système solaire et de notre planète natale.
Dans leur jeunesse, les étoiles sont entourées d’un disque tournant de gaz et de poussière. Au fil du temps, ces matériaux s’agrègent pour former des corps plus gros, y compris des planètes. Certains de ces objets sont brisés en raison de collisions dans l’espace, dont les restes déferlent parfois dans l’atmosphère terrestre sous forme de météorites.
En étudiant la chimie et la minéralogie d’une météorite, des chercheurs comme Anat Shahar de Nie et Carnegie peuvent révéler des détails sur les conditions auxquelles ces matériaux ont été exposés pendant les premières années tumultueuses du système solaire. Il est particulièrement intéressant de savoir pourquoi les éléments dits modérément volatils sont plus appauvris sur Terre et dans les échantillons météoritiques que le système solaire moyen, représenté par la composition du Soleil. Ils sont nommés parce que leurs points d’ébullition relativement bas signifient qu’ils s’évaporent facilement.
Il a longtemps été théorisé que les périodes de chauffage et de refroidissement entraînaient l’évaporation des substances volatiles des météorites. Nie et son équipe ont montré qu’un phénomène totalement différent est le coupable dans le cas des volatiles manquants.
Conception d’artiste d’un disque de matière entourant une jeune étoile. Crédit : Robin Dienel, avec l’aimable autorisation de la Carnegie Institution for Science
Résoudre le mystère impliquait d’étudier une classe particulièrement primitive de météorites appelées chondrites carbonées qui contiennent des gouttelettes cristallines, appelées chondres, qui faisaient partie du disque original de matériaux entourant le jeune Soleil. En raison de leurs origines anciennes, ces perles sont un excellent laboratoire pour découvrir l’histoire géochimique du système solaire.
« Comprendre les conditions dans lesquelles ces éléments volatils sont retirés des chondres peut nous aider à travailler en arrière pour apprendre les conditions auxquelles ils ont été exposés dans la jeunesse du système solaire et toutes les années qui ont suivi », a expliqué Nie.
Elle et ses co-auteurs ont entrepris de sonder la variabilité isotopique du potassium et du rubidium, deux éléments modérément volatils. L’équipe de recherche comprenait Shahar et ses collègues de The Université de Chicago, où Nie était un étudiant diplômé avant de rejoindre Carnegie—Timo Hopp, Justin Y. Hu, Zhe J. Zhang et Nicolas Dauphas—ainsi que Xin-Yang Chen et Fang-Zhen Teng de Université de Washington Seattle.
Chaque élément contient un nombre unique de protons, mais ses isotopes ont un nombre variable de neutrons. Cela signifie que chaque isotope a une masse légèrement différente des autres. En conséquence, les réactions chimiques font la distinction entre les isotopes, ce qui, à son tour, affecte la proportion de cet isotope dans les produits finaux de la réaction.
“Cela signifie que les différents types de traitement chimique subis par les chondres seront évidents dans leur composition isotopique, ce que nous pouvons sonder à l’aide d’instruments de précision”, a ajouté Nie.
Leurs travaux ont permis aux chercheurs de trancher le débat sur comment et quand au cours de leur vie les chondres ont perdu leurs volatiles. Le record isotopique dévoilé par Nie et son équipe indique que les volatiles ont été dépouillés à la suite d’ondes de choc massives traversant le matériau entourant le jeune Soleil qui ont probablement entraîné la fonte de la poussière pour former les chondres. Ces types d’événements peuvent être générés par l’instabilité gravitationnelle ou par de plus grandes planètes bébé se déplaçant à travers le gaz nébulaire.
“Nos découvertes offrent 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 Nie.
“La révélation que les ondes de choc ont modifié le matériau à partir duquel les planètes sont nées a également des implications majeures pour les sciences de la Terre”, a ajouté Richard Carlson, directeur du Carnegie Earth and Planets Laboratory. « Une fois qu’une planète devient aussi grande que la nôtre, sa gravité est suffisante pour que la perte des éléments les plus volatils devienne très difficile. Savoir que des 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.
Référence : « Imprint of chondrule formation on the K and Rb isotopic compositions of carbonaceous weatherrites » par Nicole X. Nie, Xin-Yang Chen, Timo Hopp, Justin Y. Hu, Zhe J. Zhang, Fang-Zhen Teng, Anat Shahar et Nicolas Dauphas, le 1er décembre 2021, Avancées scientifiques.
DOI : 10.1126 / sciadv.abl3929
Ce travail a été soutenu par Nasa, une bourse postdoctorale Carnegie et une bourse de démarrage Carnegie Postdoc × Postdoc.
