Cette découverte remodèle notre compréhension de la structure interne de la Terre et montre que les profondeurs métalliques contiennent les plus grandes réserves d’hydrogène de la planète.
Les océans, qui couvrent 70 pour cent de la surface, étaient jusqu’à présent considérés comme une immense étendue d’eau. Cependant, selon les experts, la quantité d’hydrogène dans le noyau indique également une très grande échelle. Cette découverte transforme non seulement la compréhension géologique, mais place également le centre de la Terre comme le principal réservoir d’hydrogène de la planète.
Selon les chercheurs, « neuf océans » pourrait constituer la limite inférieure du calcul de l’hydrogène ; Il est également possible que le noyau contienne jusqu’à 45 fois plus d’hydrogène que les océans n’en contiennent. Selon l’étude publiée dans la revue Nature Communications, l’hydrogène pourrait constituer environ 0,36 à 0,7 pour cent de la masse totale du noyau terrestre.
Selon Dongyang Huang, auteur principal de l’étude et membre du corps professoral de l’École des sciences de la Terre et de l’espace de l’Université de Pékin, ce résultat montre que la Terre a gagné la majeure partie de son eau lors de la formation des planètes. En d’autres termes, certaines idées selon lesquelles l’eau pourrait être apparue plus tard lors de collisions de comètes s’affaiblissent.
«Au cours du premier million d’années de la Terre, la majeure partie de l’eau aurait pu être stockée dans le noyau», a déclaré Huang. En termes d’abondance d’eau, le manteau et la croûte viennent en deuxième position. «La surface où se trouve la vie est celle où la vie est la moins présente», a-t-il ajouté.
Formation des planètes et rôle du noyau
Il y a environ 4,6 milliards d’années, des particules de roche, de gaz et de poussière autour du Soleil sont entrées en collision pour former la jeune Terre. Ce processus a permis au noyau, au manteau et à la croûte de prendre forme au fil du temps. Sous une pression extrême, un noyau métallique dense, chaud et liquide s’est formé. Ce noyau, composé principalement de fer et de nickel, produit le champ magnétique protecteur de la planète.
Selon le planétologue Rajdeep Dasgupta de l’Université Rice, l’hydrogène ne peut pénétrer dans le liquide métallique que s’il était présent au début du processus de croissance de la Terre et a participé à la formation du noyau.
Comprendre l’origine et la distribution de l’hydrogène est essentiel pour comprendre la formation des planètes et l’évolution de la vie. Cependant, le noyau est trop profond pour être observé directement et il est difficile de simuler ces conditions de haute pression en laboratoire.
Huang note que l’hydrogène est difficile à mesurer : « Comme il s’agit de l’élément le plus léger et le plus petit, il dépasse les limites des méthodes d’analyse de routine. »
Observations à l’échelle atomique
La faible densité du noyau indiquait la présence d’hydrogène, mais sa quantité était difficile à déterminer avec précision. Des recherches antérieures avaient fait des prédictions en utilisant la diffraction des rayons X en examinant l’expansion de la structure du réseau dans les cristaux de fer en présence d’hydrogène. Ces estimations variaient considérablement, de 10 ppm à 10 000 ppm.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé une météorite rare à l’aide d’un accélérateur de particules et d’une tomographie à l’échelle atomique.
«La technique est fondamentalement différente des méthodes précédentes», a déclaré Huang. Les échantillons ont été affinés en forme d’aiguille d’environ 20 nanomètres de diamètre, puis les atomes ont été ionisés en appliquant une haute tension et comptés un par un.
Les scientifiques ont fait fondre le fer avec un laser dans une cellule à enclume en diamant à haute pression pour imiter les conditions de température et de pression dans le noyau. Ils ont observé directement l’hydrogène et d’autres éléments grâce à la tomographie par sonde atomique.
Les expériences ont montré comment l’hydrogène interagit avec le silicium et l’oxygène dans les nanostructures du métal refroidissant. Le rapport hydrogène-silicium s’est avéré être d’environ 1 pour 1. En combinant ces rapports et les estimations précédentes de la quantité de silicium dans le noyau, la quantité d’hydrogène a été calculée.
Incertitudes et travaux futurs
Les chercheurs affirment que l’interaction entre le silicium, l’oxygène et l’hydrogène pourrait avoir initié un transfert de chaleur du noyau vers le manteau, ce qui aurait contribué à la formation du champ magnétique, qui joue un rôle essentiel pour rendre la Terre habitable.
Cependant, les experts soulignent que cette estimation est basée sur des méthodes indirectes et que des études supplémentaires sont nécessaires. Selon Kei Hirose de l’Université de Tokyo, la quantité d’hydrogène dans le noyau pourrait être plus élevée que prévu. Les études précédentes d’Hirose avaient calculé la teneur en hydrogène entre 0,2 et 0,6 pour cent.
L’une des incertitudes concerne la quantité d’hydrogène contenue dans les échantillons qui s’échappe lors de la chute de pression. Bien que cela ait été documenté dans des études précédentes, cela n’a pas été inclus dans les nouveaux calculs.
Si ces nouvelles mesures sont correctes, de l’hydrogène pourrait avoir été incorporé à la planète lors du processus de formation de la Terre. Selon Hirose, les nuages de gaz, les comètes et les astéroïdes pourraient également avoir été des sources d’hydrogène.
élément critique pour la vie
L’hydrogène est l’un des éléments essentiels à la vie sur Terre, avec le carbone, l’azote, l’oxygène, le soufre et le phosphore. «Cette nouvelle étude façonnera certainement nos discussions et synthèses sur ce sujet à l’avenir», a déclaré Dasgupta.
