De nouvelles recherches, co-écrites par le Dr Simon March du Southwest Research Institute, ont découvert le premier scénario géophysiquement plausible qui pourrait expliquer l'abondance de certains métaux précieux dans le manteau terrestre, notamment l'or et le platine. Sur la base de simulations ou de modèles, les scientifiques ont découvert que des scénarios de mélange de matériaux du manteau induits par l'impact pourraient empêcher les métaux de s'enfoncer complètement dans le noyau.

De nouvelles recherches, co-écrites par le Dr Simon March du Southwest Research Institute, ont découvert le premier scénario géophysiquement plausible qui pourrait expliquer l'abondance de certains métaux précieux dans le manteau terrestre, notamment l'or et le platine. Sur la base de ces simulations, les scientifiques ont découvert un scénario de mélange des matériaux du manteau provoqué par l'impact, qui pourrait empêcher les métaux de s'enfoncer complètement dans le noyau. Source de l'image : Institut de recherche du Sud-Ouest

Au début de son évolution, il y a environ 4,5 milliards d'années, la Terre est entrée en collision avec une planète de la taille de Mars, et la Lune pourrait s'être formée à partir de fragments du disque qui ont heurté l'orbite terrestre. Ce qui a suivi a été une longue période de bombardement, connue sous le nom d'« accrétion tardive », lorsque des planétésimaux aussi gros que la Lune ont frappé la Terre, libérant des matériaux comprenant des éléments hautement « sidérophiles » (HSE) (métaux ayant une forte affinité pour le fer) qui ont été incorporés dans la jeune Terre.

"Des simulations précédentes d'impacts pénétrant dans le manteau ont montré que seule une petite fraction du noyau métallique des planétésimaux peut être assimilée par le manteau et que la plupart de ces métaux, y compris le HSE, s'écoulent rapidement vers le noyau", a déclaré March. Co-auteur d'un article des Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) décrivant les nouvelles découvertes. "Cela nous amène à la question : comment la Terre a-t-elle acquis 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 aujourd'hui."

Ce schéma illustre l'explication la plus géophysiquement plausible de la présence abondante de métaux HSE dans le manteau terrestre. Lors d'un bombardement prolongé, l'impacteur frapperait la Terre et délivrerait du matériel. (a) Le métal liquide aurait coulé dans l’océan magmatique généré par l’impact créé localement, puis s’infiltrerait dans la région partiellement fondue située en dessous. (b) La compression provoque la solidification et le naufrage du métal dans la zone fondue. (c) La convection thermique mélange et redistribue ensuite la composition du manteau imprégnée de métal sur des échelles de temps géologiques plus longues. Source de l'image : Institut de recherche du Sud-Ouest

L'abondance relative des HSE dans le manteau suggère que les HSE ont été émises par des impacts après la formation du noyau. Cependant, conserver ces éléments dans le manteau s’est avéré jusqu’à présent difficile à modéliser. La nouvelle simulation considère comment une région partiellement fondue sous un océan de magma créé par un impact local pourrait empêcher le métal planétésimal de tomber dans le noyau terrestre.

"Pour ce faire, nous avons simulé le mélange de planétésimaux impactants avec le matériau du manteau en trois étapes d'écoulement : minéraux silicatés solides, magma silicaté fondu et métal liquide", a déclaré le Dr Jun Korenaga de l'Université de Yale, auteur principal de l'article. "La dynamique rapide de ce système triphasé, associée au mélange à long terme assuré par la convection dans le manteau, permet aux HSE des planétésimaux d'être retenus dans le manteau."

Dans ce cas, un impacteur frapperait la Terre, créant un océan local de magma liquide dans lequel les métaux lourds couleraient au fond. Lorsque le métal atteint la région partiellement fondue située en dessous, il pénètre rapidement dans la masse fondue puis coule lentement au 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 commence, car la chaleur provenant du noyau terrestre fait bouger très lentement la matière du manteau solide et le courant qui en résulte transporte la chaleur de l'intérieur vers la surface de la Terre.

"La convection du manteau est le processus par lequel la matière chaude du manteau monte et la matière plus froide descend", 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 qui mélange et redistribue les matériaux du manteau, y compris le HSE accumulé lors de grandes collisions survenues il y a des milliards d'années."