Le manteau hautement oxydé de la Terre primitive aurait pu conduire à un environnement de surface semblable à celui de Vénus. L’état actuel du manteau supérieur peut avoir été influencé par le fer métallique provenant de matériaux ajoutés après la formation de la Terre.
Comment l’état d’oxydation de l’atmosphère et du manteau de la Terre a-t-il changé ?
La connexion entre l’intérieur d’une planète et sa surface joue un rôle central dans la compréhension de la formation de l’environnement de surface d’une planète. La distribution des ferreux (Fe2+) et ferrique (Fe3+) le fer présent dans les manteaux des planètes rocheuses détermine l’état d’oxydation du manteau. Ceci, à son tour, influence la composition des gaz volcaniques et la capacité du manteau à stocker des substances volatiles, notamment des éléments essentiels à la vie, comme l’hydrogène et le carbone.
Par conséquent, déterminer la distribution de Fe2+ et Fe3+ dans le manteau immédiatement après sa formation offre des informations cruciales sur l’environnement de surface avant l’émergence de la vie et le début des planètes habitables.
La région sombre dans la partie inférieure de l’image montre de la bridgmanite cristallisée et la texture dendritique dans la partie supérieure indique une fusion trempée. Crédit : Centre de recherche en géodynamique, Université d’Ehime
Recherches antérieures et nouvelles perspectives
Lors de recherches antérieures, les scientifiques ont montré que l’océan magmatique terrestre était plus enrichi en Fe.3+ que le manteau supérieur actuel, et donc hautement oxydant (Kuwahara et al., 2023, Nat. Géosci.). Une question s’est posée : comment l’état d’oxydation du manteau supérieur a-t-il diminué jusqu’à ce que nous observons aujourd’hui ? Pour trouver une réponse, les scientifiques ont exploré le potentiel du Fe3+ à intégrer dans le manteau inférieur lors de la phase de cristallisation de l’océan magmatique.
Implications sur la cristallisation et l’atmosphère
Les résultats ont révélé que la cristallisation de la bridgmanite, le minéral le plus dominant du manteau inférieur, n’incorpore pas préférentiellement du Fe.3+ par rapport au magma coexistant. Cela indique que le manteau supérieur de la Terre primitive était également fortement oxydé si l’océan magmatique terrestre était riche en Fe.3+. L’atmosphère formée par le dégazage des substances volatiles d’un manteau aussi hautement oxydant aurait été riche en CO2 et ainsi2formant ainsi un Vénus-comme un environnement de surface.
Parce que le processus de cristallisation du magma océanique ne peut pas réduire l’état d’oxydation du manteau supérieur, les auteurs ont proposé la réduction du manteau supérieur par le fer métallique contenu dans les matériaux à accrétion tardive après la formation de la Terre. En effet, la quantité de fer métallique délivrée par les matériaux à accrétion tardive, contrainte par l’abondance d’éléments hautement sidérophiles (affectueux du fer) dans le manteau terrestre, est comparable à celle requise pour réduire l’état d’oxydation du manteau supérieur à l’état actuel.
Des contraintes géologiques supplémentaires sur l’état d’oxydation du manteau sont nécessaires pour tester cette hypothèse.
