L’eau est un élément essentiel à la vie sur Terre. Son origine fait toujours l’objet de controverses dans la communauté scientifique. Dans une nouvelle étude, deux chercheurs utilisent des données isotopiques pour montrer que l’eau est présente depuis la formation de notre système solaire : une partie de cette eau a dû se retrouver sur notre planète et a donc 4,5 milliards d’années.
En fait, l’eau est omniprésente dans les disques protoplanétaires. « Des études récentes sur la teneur en eau de systèmes planétaires en formation précoce comme le nôtre montrent que l’eau est une molécule commune et omniprésente, synthétisée à l’origine à la surface de minuscules grains de poussière interstellaire en hydrogénant de l’oxygène gelé », écrivent les chercheurs dans la revue Elements. . Dans le nuage moléculaire qui créera le nouveau système planétaire, l’oxygène se lie et se fige sur les particules de poussière qu’il rencontre. Dès que la molécule d’hydrogène traverse, à son tour, cet oxygène figé, de la glace d’eau se forme.
À la suite de la réaction, deux types d’eau peuvent se former : de l’eau ordinaire, composée d’oxygène et d’hydrogène, ou de l’eau lourde, composée d’oxygène et de deutérium, un isotope de l’hydrogène, dans le noyau duquel se trouvent un proton et un neutron. La formation de glace d’eau autour des grains de poussière est la première étape d’un processus que les chercheurs appellent la « phase froide ». Au fil du temps, la matière s’accumule au centre de la nébuleuse et la force de gravité commence à se manifester. À mesure que les températures augmentent dans tout le centre – une zone que les experts appellent corino chaud – la glace se transforme en vapeur d’eau. L’eau devient alors la molécule la plus abondante dans cette zone.
Processus en quatre étapes
« Un corino chaud typique contient environ 10 000 fois plus d’eau que les océans de la Terre », écrivent deux auteurs – Cecilia Ceccarelli, astronome italienne à l’Institut des sciences planétaires et d’astrophysique de Grenoble, et Fujun Du, astronome à l’Observatoire de la montagne pourpre à Nanjing. . , Chine. Cette étape de sublimation de la glace en vapeur constitue la deuxième phase du processus, que les chercheurs appellent la « phase protostar ».
Une illustration simplifiée des quatre étapes de la formation de l’eau dans le système solaire. © C. Ceccarelli et al.
Cette protoétoile n’a pas encore commencé la réaction de fusion, mais elle tourne ; le gaz et la poussière environnants forment ce qu’on appelle le disque protoplanétaire d’où émergeront les différents objets de ce nouveau système. La jeune étoile continue d’accumuler de la masse, mais dégage encore peu de chaleur ; le disque protoplanétaire est encore froid, écrit Universe Today. Puis la troisième phase du processus se produit : la vapeur d’eau produite lors de la deuxième phase se recondense dans les parties les plus froides du disque protoplanétaire ; les particules de poussière sont à nouveau recouvertes de couches de glace.
A partir de ces grains de poussière, entourés d’eau gelée, un système planétaire se développe peu à peu : planètes, comètes et astéroïdes apparaissent et tournent autour de leur étoile. Ainsi la Terre est née.
Ainsi, la synthèse d’eau se produit deux fois dans des conditions différentes : la première fois, lorsque le système n’est encore qu’un nuage froid, la seconde fois, lorsqu’un disque protoplanétaire se forme. Dans notre système solaire, l’eau de la première fusion a 4,5 milliards d’années. Pour déterminer l’âge de l’eau de la terre, il restait à déterminer quelle proportion de cette eau s’est retrouvée sur Terre.
Une quantité particulièrement importante d’eau lourde
Les chercheurs notent que le rapport isotopique de l’hydrogène est essentiel pour bien comprendre l’origine de l’eau dans les corps planétaires. Pendant la phase froide, la température est extrêmement basse, ce qui entraîne un phénomène appelé superdeutération. Dans ces conditions, plus de deutérium pénètre dans la glace d’eau.
A la naissance de l’univers, quelques secondes après le Big Bang, la quantité de deutérium était très faible – un atome de deutérium pour 100 000 atomes d’hydrogène standard (ou protium). Mais dans le corino chaud, à cause de la surdeutération qui l’a précédé, l’abondance ne suit pas ce schéma. « Dans les corinos chauds, le rapport HDO/H2O n’est que légèrement inférieur à 1/100. […] La teneur en eau doublement deutérée, D2O, est de 1/1000 par rapport à H2O, soit environ 107 fois plus que ce qui serait estimé à partir du rapport élément D/H », expliquent les auteurs de l’étude.
Cette figure montre comment la deutération de l’eau, indiquée par des points rouges représentant le rapport HDO/H2O, a diminué du stade corino chaud aux comètes puis aux fragments d’astéroïdes qui composent les météorites carbonées. Le rapport de la Terre (ligne bleue) est exactement le même que celui des météorites carbonées, et dix fois supérieur à la valeur d’origine dans la nébuleuse protosolaire du premier stade. © C. Ceccarelli et al.
Les chercheurs ont montré que l’abondance d’eau lourde est caractéristique de la première synthèse. Pour savoir quelle quantité de cette eau a atteint la Terre, ils ont comparé le rapport eau lourde/eau ordinaire de la Terre, HDO/H2O, avec ceux des corinos chauds dans d’autres systèmes de formation. Des recherches antérieures ont montré que ce rapport est environ dix fois supérieur au rapport D/H des éléments de l’univers et donc à la naissance du système solaire.
Les chercheurs estiment qu’entre 1 % et 50 % de l’eau sur Terre provient de la phase initiale de la naissance du système solaire ; Une grande partie de notre eau a 4,5 milliards d’années. Cette eau, disent-ils, est « probablement héritée » des planétésimaux, pas des comètes. Cependant, le processus exact n’est pas encore clair. « La question est très complexe, car l’origine et l’évolution de l’eau sur Terre sont inévitablement liées à d’autres éléments importants sur cette planète, comme le carbone, l’oxygène moléculaire et un champ magnétique », écrivent-ils. Ainsi, comprendre comment cette eau a été amenée sur Terre fera l’objet de recherches ultérieures. « La quantité d’eau lourde sur Terre est notre empreinte, qui peut nous aider à sortir du labyrinthe de toutes les routes possibles que le système solaire aurait pu emprunter », concluent-ils.
Universe Today et C. Ceccarelli et al., Elements.
Grand fan de mangas et d’animes, je n’aime bien écrire qu’à propos de ses sujets, c’est pour ca que j’écris pour 5 minutes d’actus. Au quotidien de décortique, donne mes avis sur les différents épisodes et chapitres des mangas que j’aime lire.
