Une illustration artistique de Theia impactant la proto-Terre. Crédit : Hernan Canellas/image avec l’aimable autorisation de l’ASU
Des recherches récentes indiquent que le manteau terrestre contient deux grosses taches, vestiges de Theia, l’ancienne planète dont la collision avec la Terre a conduit à la création de la Lune. Cette découverte offre de nouvelles perspectives sur la formation de la Lune et sur les débuts de l’histoire de la Terre.
Dans les années 1980, les géophysiciens ont fait une découverte surprenante : deux taches de matière inhabituelle de la taille d’un continent ont été découvertes profondément près du centre de la Terre, l’une sous le continent africain et l’autre sous l’océan Pacifique.
Chaque goutte est deux fois plus grande que la Lune, et les recherches menées au cours de la dernière décennie ont montré qu’elles sont probablement composées de proportions d’éléments différentes de celles du manteau qui l’entoure.
L’origine des LLVP
D’où viennent ces étranges blobs – officiellement connus sous le nom de grandes provinces à faible vitesse (LLVP) – ? Une nouvelle étude suggère qu’il s’agit des restes d’une ancienne planète qui est violemment entrée en collision avec la Terre il y a des milliards d’années, lors du même impact géant qui a créé notre Lune.
Une équipe interdisciplinaire comprenant des scientifiques de l’école d’exploration de la Terre et de l’espace de l’Arizona State University, était dirigée par Qian Yuan, ancien élève de l’ASU, actuellement boursier postdoctoral OK Earl à Caltech. L’étude, publiée dans la revue Naturepropose également une solution à un autre mystère de la science planétaire.
Une illustration artistique montre Theia impactant la proto-Terre. Crédit : Hernan Canellas/image avec l’aimable autorisation de l’ASU
L’héritage de Théia
Depuis plus de 20 ans, les scientifiques savent que la Terre abrite des taches géantes à l’intérieur, avec une composition inhabituelle et une origine inconnue. Ces structures sont si massives que si vous les placiez à la surface de la Terre, elles formeraient une couche d’environ 100 km d’épaisseur autour de la planète entière.
De plus, il a été émis l’hypothèse que la Lune aurait été créée à la suite d’un impact géant entre la Terre et une planète plus petite appelée Theia. Pourtant, aucune trace de Theia n’a jamais été découverte dans la ceinture d’astéroïdes ou dans les météorites.
Cette nouvelle étude suggère que la majeure partie de Theia a été absorbée par la jeune Terre, formant les blobs LLVP, tandis que les débris résiduels de l’impact se sont fusionnés dans la lune.
« La Lune semble contenir des matériaux représentatifs à la fois de la Terre et de Theia avant l’impact, mais on pensait que tout reste de Theia sur Terre aurait été « effacé » et homogénéisé par des milliards d’années de dynamique (par exemple, le manteau convection) au sein de la Terre », a déclaré Steven Desch, professeur à l’École d’exploration de la Terre et de l’espace de l’ASU. « Il s’agit de la première étude démontrant que des « morceaux » distincts de Theia résident toujours à l’intérieur de la Terre, à la limite du noyau et du manteau. »
Des parties des matériaux de Theia coulent et s’accumulent au fond du manteau terrestre, formant les grandes blobs des provinces à faible vitesse (LLVP). Crédit : Hernan Canellas/image avec l’aimable autorisation de l’ASU
Découvertes sismiques et implications
Les scientifiques ont découvert les LLVP pour la première fois en mesurant les ondes sismiques traversant la Terre. Les ondes sismiques se propagent à différentes vitesses à travers différents matériaux et, dans les années 1980, les premiers indices de variations tridimensionnelles à grande échelle au plus profond de la structure de la Terre sont apparus.
Dans le manteau le plus profond, la configuration des ondes sismiques est dominée par les signatures de deux structures de la taille d’un continent proches du noyau terrestre. Elles sont interprétées comme des régions à teneur en fer inhabituellement élevée, dont la densité et la température accrues ralentissent le passage des ondes sismiques, ce qui leur vaut le nom de « grandes provinces à faible vitesse ».
«Mais maintenant, nous avons une explication à leur sujet. Il semble que les blobs de la Terre soient les restes d’une collision planétaire qui a formé notre lune », a déclaré Ed Garnero, professeur à l’École d’exploration de la Terre et de l’espace de l’ASU. « En d’autres termes, les masses massives actuellement à l’intérieur de la Terre, profondément sous nos pieds, sont extraterrestres. La Terre n’a pas seulement des « blobs », la Terre a des blobs extraterrestres ! »
Yuan, géophysicien de formation, assistait un jour à un séminaire sur la formation des planètes donné par Mikhaïl Zolotov, professeur à l’ASU. Zolotov a présenté l’hypothèse d’un impact géant, tandis que Qian a noté que la Lune est relativement riche en fer. Zolotov a ajouté qu’aucune trace n’avait été trouvée de l’impacteur qui a dû entrer en collision avec la Terre.
« Juste après que Mikhail ait dit que personne ne sait où se trouve maintenant l’impacteur, j’ai eu un moment d’eurêka et j’ai réalisé que l’impacteur riche en fer aurait pu se transformer en blobs du manteau », a déclaré Yuan.
Une approche multidisciplinaire
L’équipe multidisciplinaire de collaborateurs a modélisé différents scénarios concernant la composition chimique de Theia et son impact sur la Terre. Les simulations ont confirmé que la physique de la collision aurait pu conduire à la fois à la formation des LLVP et à la formation de la Lune.
« Ces travaux ont montré que les grosses blobs (les LLVP) dans le manteau profond de la Terre pourraient être constitués de matériaux provenant d’un corps planétaire qui a heurté la proto-Terre et formé la Lune », a déclaré Mingming Li, professeur à l’École d’exploration de la Terre et de l’espace de l’ASU. . « Par conséquent, la lune et les blobs ont la même origine. »
Face à un impact aussi violent, pourquoi la matière de Theia s’est-elle regroupée en deux gouttes distinctes au lieu de se mélanger au reste de la planète en formation ? Les simulations des chercheurs ont montré qu’une grande partie de l’énergie délivrée par l’impact de Theia est restée dans la moitié supérieure du manteau, laissant le manteau inférieur de la Terre plus froid que ce qui était estimé par des modèles d’impact antérieurs à plus faible résolution. Comme l’impact n’a pas totalement fait fondre le manteau inférieur, les gouttes de matière riche en fer de Theia sont restées en grande partie intactes.
« Grâce à des simulations de convection du manteau, nous avons découvert que les matériaux denses et riches en fer de Theia pouvaient couler et s’accumuler à la base du manteau terrestre. Ces matériaux pourraient y rester tout au long de l’histoire de la Terre, soit environ 4,5 milliards d’années », a déclaré Li.
« En regardant vers l’intérieur de la Terre, plutôt que vers l’extérieur, vers la Lune, nous avons trouvé une autre preuve de la catastrophe cosmique qu’est l’impact géant formant la Lune », a déclaré le co-auteur Travis Gabriel, de l’étude géologique américaine. Enquête.
« L’étude place réellement la Terre dans le contexte de la formation interne du système solaire », a déclaré le co-auteur Hongping Deng de l’Académie chinoise des sciences. « Imaginez que si nous parvenions à récupérer certains signaux Theia du manteau le plus profond, nous pourrions mieux comprendre l’architecture et la composition du système solaire naissant sans nous tourner vers les météorites actuelles avec des signaux foirés. »
Pour en savoir plus sur cette recherche :
- D’étranges blobs dans le manteau profond de la Terre sont les restes d’une ancienne planète
- Des fragments d’une ancienne planète découverts dans le manteau terrestre
Les autres auteurs de cette étude comprennent Byeongkwan Ko, ancien élève de l’ASU, postdoctorant à la Michigan State University ; Paul Asimow et Yoshinori Miyazaki à Caltech ; Jacob Kegerreis de NASA Centre de recherche Ames ; et Vincent Eke de l’Université de Durham.
Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation, la bourse postdoctorale OK Earl de Caltech, l’US Geological Survey, la NASA et le Caltech Center for Comparative Planetary Evolution.
