Hélium primordial piégé à l’intérieur du noyau solide de la Terre
Une nouvelle recherche suggère que l’hélium primordial provenant du début du système solaire pourrait être piégé à l’intérieur du noyau solide de la Terre. Ces découvertes pourraient avoir des implications pour un débat de longue date sur la vitesse à laquelle notre planète s’est formée.
L’hélium-3 : une forme rare d’hélium
Cette forme rare d’hélium est appelée hélium-3 car elle possède deux protons et un neutron dans son noyau. L’hélium normal, qui est 700 000 fois plus courant que l’hélium-3, est appelé hélium-4 car il possède deux protons et deux neutrons. Alors que l’hélium-4 est un produit courant de la désintégration des éléments radioactifs, l’hélium-3 provient presque entièrement du nuage initial de poussière et de gaz qui a formé le système solaire.
Cet élément primordial était déjà connu pour exister à l’intérieur de la Terre. Chaque année, environ 2 kilogrammes (4,4 livres) d’hélium-3 fuient des dorsales médio-océaniques, là où la croûte se sépare, et des points chauds volcaniques qui puisent dans le manteau profond. Mais comment il a pu rester à l’intérieur de la planète pendant des milliards d’années reste un mystère persistant. L’hélium est un gaz très léger, et la plupart des gaz volatils se sont échappés depuis longtemps du manteau, emportés lors de l’impact géant qui a formé la lune ou remontés à la surface par les mouvements inexorables des plaques tectoniques.
L’hélium-3 et le noyau de la Terre
Les scientifiques ont théorisé que peut-être cet hélium primordial est enfermé dans le noyau de la Terre, où il resterait à l’abri des perturbations majeures et ne s’échapperait que très lentement vers la surface. Mais le noyau est principalement composé de fer, et l’hélium et le fer ne se mélangent généralement pas.
Maintenant, dans une nouvelle étude, des chercheurs du laboratoire de Kei Hirose, un planétologue de l’Université de Tokyo, et leurs collègues ont découvert que, aux températures et pressions attendues dans le noyau, les deux éléments se mélangent effectivement. En fait, le fer solide à haute température et pression pourrait contenir jusqu’à 3,3% d’hélium, ont rapporté les chercheurs le 25 février dans le journal Physical Review Letters.
Les chercheurs ont découvert cette compatibilité en chauffant du fer et de l’hélium à une température comprise entre 727 et 2727 degrés Celsius, tout en comprimant les éléments avec un étau à pointe de diamant à une pression de 50 000 à 550 000 fois la pression à la surface de la Terre. Ensuite, ils ont dépressurisé les échantillons à des températures cryogéniques et mesuré leurs structures cristallines. Cette méthode a probablement empêché l’échappement de l’hélium pendant la phase de mesure, a déclaré Hirose dans une déclaration.
Implications pour la formation de la Terre
Les chercheurs ont utilisé de l’hélium-4 normal dans leurs expériences, mais l’hélium-3 se comporterait probablement de manière très similaire, a déclaré Peter Olson, un géophysicien de l’Université du Nouveau-Mexique qui n’a pas participé à l’étude mais qui étudie le noyau de la Terre. Les découvertes confirment que l’hélium pourrait rester piégé dans le noyau interne solide de la Terre pendant longtemps, a déclaré Olson à Live Science, mais il a mis en garde en soulignant que seulement 4% du noyau est solide.
Cela est significatif, car il montre que l’hélium est compatible avec la phase solide du noyau, a déclaré Olson. Cependant, étant donné que le noyau s’est presque certainement formé à l’état liquide, il reste encore du travail à faire pour montrer que la même interprétation peut être appliquée à la partie liquide.
Lien avec la formation de la Terre
Il est très important de comprendre comment l’hélium-3 s’est incorporé dans le noyau lors de la formation de la Terre pour comprendre quand la planète s’est formée, a déclaré Olson. Les gaz légers comme l’hélium étaient présents dans la nébuleuse de gaz et de poussière qui a formé le système solaire pendant seulement quelques millions d’années.
C’est encore très débattu combien de temps il a fallu pour que la Terre se forme, a déclaré Olson. Il existe d’autres preuves qui ont été interprétées comme indiquant que la Terre s’est formée très lentement, nécessitant 100 millions d’années. On n’obtiendrait pas beaucoup d’hélium profondément dans la Terre si la Terre s’est formée aussi lentement.
En d’autres termes, si les scientifiques peuvent montrer que le noyau de la Terre contient beaucoup d’hélium-3, cela suggérera fortement que la planète s’est formée rapidement, mettant fin à un débat de longue date sur la naissance du système solaire.
