Le Dr Simone Marchi du Southwest Research Institute a collaboré à une nouvelle étude trouvant le premier scénario géophysiquement plausible pour expliquer l’abondance de certains métaux précieux, dont l’or et le platine, dans le manteau terrestre. Sur la base de ces simulations, les scientifiques ont découvert un mélange de matériaux du manteau induit par l’impact, qui pourrait empêcher les métaux de s’enfoncer complètement dans le noyau terrestre. Crédit : Institut de recherche du Sud-Ouest
Une nouvelle étude suggère que le mélange des matériaux du manteau, induit par l’impact, pourrait créer la composition actuelle du manteau.
Le Dr Simone Marchi du Southwest Research Institute a collaboré à une nouvelle étude trouvant le premier scénario géophysiquement plausible pour expliquer l’abondance de certains métaux précieux, dont l’or et le platine, dans le manteau terrestre. Sur la base des simulations, ou du modèle, les scientifiques ont découvert un scénario de mélange des matériaux du manteau induit par l’impact qui pourrait empêcher les métaux de s’enfoncer complètement dans le noyau terrestre.
Les débuts de l’histoire de la Terre
Au début de son évolution, il y a environ 4,5 milliards d’années, la Terre a subi un impact d’une Marsde la taille d’une planète, et la Lune s’est formée à partir des débris résultants éjectés dans un disque en orbite autour de la Terre. S’ensuivit une longue période de bombardement, dite « d’accrétion tardive », lorsque des planétésimaux aussi grands que notre Lune percutèrent la Terre, délivrant des matériaux comprenant des éléments hautement « sidérophiles » (HSE) – des métaux ayant une forte affinité pour le fer – qui furent intégrés dans la jeune Terre.
Compréhension précédente et nouvelles connaissances
« Des simulations précédentes d’impacts pénétrant dans le manteau terrestre ont montré que seules de petites fractions d’un noyau métallique de planétésimaux sont disponibles pour être assimilées par le manteau terrestre, tandis que la plupart de ces métaux – y compris les HSE – s’écoulent rapidement vers le noyau terrestre », a déclaré Marchi, qui a co-écrit un Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS) document décrivant les nouvelles découvertes. « Cela nous amène à la question : comment la Terre a-t-elle obtenu certains de ses métaux précieux ? Nous avons développé de nouvelles simulations pour tenter d’expliquer le mélange de matériaux métalliques et rocheux dans le manteau actuel.
Ce schéma illustre l’explication la plus géophysiquement plausible de l’abondance des métaux HSE présents dans le manteau terrestre. Pendant la longue période de bombardement, des impacteurs frappaient la Terre et livraient des matériaux. (a) Les métaux liquides couleraient dans l’océan magmatique généré par l’impact produit localement avant de s’infiltrer à travers la zone partiellement fondue située en dessous. (b) La compression provoque la solidification et le naufrage des métaux dans la zone fondue. (c) Ensuite, la convection thermique mélange et redistribue les composants du manteau imprégnés de métal sur de longues périodes géologiques. Crédit : Institut de recherche du Sud-Ouest
Comment les HSE sont restés dans le manteau
L’abondance relative des HSE dans le manteau indique qu’ils ont été transmis par impact après la formation du noyau terrestre ; cependant, conserver ces éléments dans le manteau s’est avéré difficile à modéliser – jusqu’à présent. La nouvelle simulation a examiné comment une zone partiellement fondue sous un océan de magma généré par un impact localisé aurait pu bloquer la descente des métaux planétésimaux dans le noyau terrestre.
« Pour y parvenir, nous avons modélisé le mélange d’un planétésimal impactant avec les matériaux du manteau en trois phases fluides : minéraux silicatés solides, magma silicaté fondu et métal liquide », a déclaré le Dr Jun Korenaga, auteur principal de l’article de Université de Yale. « La dynamique rapide d’un tel système triphasé, combinée au mélange à long terme assuré par la convection dans le manteau, permet aux HSE des planétésimaux d’être retenus dans le manteau. »
Comprendre la dynamique du manteau
Dans ce scénario, un impacteur s’écraserait sur la Terre, créant un océan de magma liquide localisé où les métaux lourds couleraient au fond. Lorsque les métaux atteignent la région partiellement fondue en dessous, le métal s’infiltre rapidement à travers la masse fondue et, après cela, coule lentement vers le fond du manteau. Au cours de ce processus, le manteau fondu se solidifie, emprisonnant le métal. C’est à ce moment-là que la convection prend le dessus, car la chaleur provenant du noyau terrestre provoque un mouvement rampant très lent des matériaux dans le manteau solide et les courants qui en résultent transportent la chaleur de l’intérieur vers la surface de la planète.
« La convection du manteau fait référence au processus de montée d’un matériau chaud du manteau et de descente d’un matériau plus froid », a déclaré Korenaga. « Le manteau est presque entièrement solide bien que, sur de longues périodes géologiques, il se comporte comme un fluide ductile et très visqueux, mélangeant et redistribuant les matériaux du manteau, y compris les HSE accumulés lors de grandes collisions qui ont eu lieu il y a des milliards d’années. »
