La composition isotopique de l’oxygène dans le système solaire enfin expliquée
Une équipe pluridisciplinaire de chercheurs français et britanniques, issus de l'Institut de physique du globe de Paris (Université Paris Cité/IPGP/CNRS), de l'Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (Muséum national d'histoire naturelle/Sorbonne Université/CNRS), du Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (Université Sorbonne Paris Nord/CNRS), du Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CNRS/Université de Lorraine) et du Department of Earth and Environmental Sciences (Université de Manchester), publie dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences une étude qui apporte un éclairage nouveau sur l'un des grands mystères entourant la formation du système solaire : la composition isotopique de l'oxygène.
Condensats de matière organique produits durant l’expérience 77c. La région sombre indique une des analyses de la composition isotopique de l’oxygène réalisée / @IPGP
Date de publication : 05/05/2025
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Cosmochimie, astrophysique et géophysique expérimentale (CAGE)
Pourquoi tous les solides formés dans le système solaire ont-ils des compositions isotopiques si différentes de celle du gaz primordial (la nébuleuse protosolaire) représenté par le Soleil ?
Depuis les années 1970, les scientifiques s’interrogeaient sur les différences marquées entre la composition isotopique de l’oxygène des planètes telluriques, des astéroïdes et des comètes, et celle du Soleil, déterminée précisément à partir de l’analyse du vent solaire ramené sur la Terre par la mission NASA Genesis.
Dans les années 1980, la découverte que la formation de l’ozone dans la haute atmosphère terrestre produisait des variations isotopiques similaires à celles observées dans les météorites a suscité l’hypothèse que des réactions analogues auraient pu se produire dans la nébuleuse protosolaire. Cependant, aucun modèle théorique ni expérience de laboratoire ne permettait de confirmer cette hypothèse.
Pour élucider ce mystère, les chercheurs ont entrepris de reproduire expérimentalement la condensation de solides dans un plasma similaire à la nébuleuse protosolaire par sa composition chimique (méthane et vapeur d’eau), sa pression et son taux d’ionisation. Leurs résultats montrent pour la première fois que des solides condensés à haute température dans un tel plasma possèdent les variations isotopiques de l’oxygène caractéristiques des planètes telluriques et des petits corps du système solaire. Les expériences suggèrent que ces variations proviennent d’une réaction impliquant un complexe activé H2O2* à courte durée de vie dans le plasma. Bien que cette réaction ne puisse expliquer à elle seule toutes les variations isotopiques observées, d’autres complexes activés comme SiO2* ou CO2* pourraient jouer un rôle clé.
Ces découvertes ouvrent la voie à la reconstitution de la chaîne des réactions ayant conduit à la formation des premiers solides dans le système solaire, un objectif jusqu’alors inaccessible.
Source
Mass-independent fractionation of oxygen isotopes during high-temperature condensation in cosmochemical plasmas
DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.2426711122
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