Mise en lumière de l’importance du CO2 dans le dégazage de l’hélium au sein des océans magmatiques des jeunes planètes
Des chercheurs de l'IPGP et de l'Université d'Oslo révèlent que la perte d'éléments volatils lors du dégazage d'un océan magmatique, notamment le carbone et l'hélium, est étroitement liée à la fois à la pression, à la température et à la composition de la matière fondue. Leurs simulations montrent que le CO2 favorise la volatilisation de l'hélium.
Date de publication : 31/10/2024
Presse, Recherche
Équipes liées :
Cosmochimie, astrophysique et géophysique expérimentale (CAGE)
Thèmes liés : Intérieurs de la Terre et des planètes, Origines
Suite à l’impact géant qui a conduit à la formation de la Lune, la Terre s’est condensée sous la forme d’une planète en fusion, entourée par un disque protolunaire. Une grande partie des éléments volatils se sont alors retrouvés piégés et comprimés avec les éléments plus lourds au sein d’un océan magmatique global. Lorsque celui-ci s’est refroidi et a dégazé, ces éléments volatils ont joué un rôle déterminant dans la formation de l’atmosphère secondaire de la Terre.
À l’aide de calculs de dynamique moléculaire complexes, une équipe de chercheurs de l’IPGP et de l’Université d’Oslo a simulé le comportement de deux éléments volatils majeurs, le carbone et l’hélium, dans une pyrolite fondue (roche synthétique représentative de la composition du manteau terrestre silicaté), enrichie en CO2 et en hélium. Leurs résultats révèlent que la perte de volatils est étroitement liée à la fois à la pression, à la température et à la composition de la matière fondue. Au-dessus d’une pression d’environ 25 kbar, la matière fondue forme un réseau polymérisé en continu, dissolvant entièrement le carbone et l’hélium. Toutefois, lorsque la pression diminue, des bulles nanoscopiques se forment dans le liquide, agissant comme des réservoirs pour les espèces gazeuses vaporisées à partir de la matière fondue.
Ces simulations montrent que le CO2 améliore le dégazage de l’hélium en stabilisant la formation de nanobulles et en augmentant leur efficacité. La présence de carbone rend la matière fondue moins dense, ce qui facilite la formation de canaux par lesquels l’hélium peut s’échapper plus facilement. En se vaporisant, le carbone forme également des voies susceptibles d’entraîner des pertes importantes de substances volatiles dans l’océan magmatique, laissant supposer que l’atmosphère de la Terre primitive était plus riche en carbone et en gaz nobles, mais aussi nettement plus chaude et plus épaisse que ce que l’on estimait jusqu’à présent.
Les implications de ces travaux s’étendent aux exoplanètes en orbite autour d’étoiles dont la teneur en carbone varie. Les exoplanètes gravitant autour d’étoiles riches en carbone pourraient connaître un dégazage important en raison de la prédominance de la vapeur carbonée, se traduisant par des atmosphères plus épaisses et des intérieurs appauvris en éléments volatils. À l’inverse, les planètes en orbite autour d’étoiles pauvres en carbone présenteraient un dégazage moins important, ce qui se traduirait par des atmosphères plus minces et des intérieurs riches en volatils, à même de se solidifier plus rapidement.
Ainsi, les corps planétaires développant une croûte de flottaison au début de leur histoire de refroidissement encapsuleraient leurs volatils à l’intérieur, influençant profondément les processus géochimiques et l’évolution de ces planètes. Cette étude ne fait pas seulement progresser notre compréhension de la formation des planètes, elle met également en évidence l’interaction complexe des éléments dans les conditions extrêmes qui façonnent les atmosphères et les surfaces des jeunes planètes dans tout l’univers.
Ref : A.H. Davis & R. Caracas, Degassing of CO2 triggers large-scale loss of helium from magma oceans, Communications Earth and Environment, 2024, 5. DOI: 10.1038/s43247-024-01509-1
