Nous buvons une eau vieille de 4,5 milliards d’années
L‘origine de l’eau demeure une vieille énigme. Plusieurs théories et hypothèses expliquent comment l’eau a atteint la Terre ou le système solaire. Il existe également des tonnes de preuves qui vont dans ce sens.
Image d’entête : situé à plus de 6000 années-lumière, dans la constellation septentrionale de Cassiopée, les bulles et les volutes représentées dans cette image de l’observatoire Herschel de l’ESA révèlent une grande agitation dans le complexe W3/W4/W5 de nuages moléculaires et de régions de formation d’étoiles, là ou commence la formation de système solaire. (ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech /R. Hurt (JPL-Caltech))
Une étude publiée cette semaine (lien plus bas) révèle que les autres systèmes solaires qui sont jeunes ont aussi de l’eau en abondance. Dans les systèmes solaires comme celui de la Terre, l’eau participe à la croissance de la petite étoile et à la formation des planètes. Des éléments concrets ont été étudiés dans l’énorme contenu en eau de la Terre. Ces preuves montrent que notre eau est âgée de 4,5 milliards d’années, selon une étude menée par l’astronome italienne Cecilia Ceccarelli de à l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (Université Grenoble-Alpes, CNRS/ France) et l’astronome Fujun Du de l’Observatoire de la Montagne Pourpre de Chine.
Un système solaire commence sa formation par un gigantesque nuage moléculaire (comme celui en image d’entête). Celui-ci est principalement constitué d’hydrogène, le principal composant de l’eau. À côté de l’hydrogène, on trouve le carbone, l’oxygène et l’hélium. Ce dernier, l’hélium, est le plus abondant, suivi de l’oxygène puis du carbone en termes d’abondance. Ce nuage de gaz est également rempli de petits grains de poussière silicatés et carbonés.
Les recherches en question portent sur les origines de l’eau dans le système solaire terrestre et on a découvert qu’elle commençait ici. Dans le froid, lorsque l’oxygène rencontre un grain de poussière, l’élément se fige et épouse sa surface. Cependant, l’eau ne peut être formée que si l’oxygène et l’hydrogène réussissent à se combiner.
Les atomes d’hydrogène plus légers présents dans le nuage se déplacent autour des grains de poussière durcis jusqu’à ce qu’ils croisent de l’oxygène. Lorsque ces deux éléments se rencontrent, une réaction se produit, conduisant à la formation de glace d’eau. Deux types différents voient le jour, à savoir l’eau ordinaire et l’eau lourde avec du deutérium.
Le deutérium est un isotope de l’hydrogène. Dans son noyau, on trouve un neutron et un proton. Cela le rend différent de l’isotope de l’hydrogène typique, le protium. Celui-ci a un proton à l’intérieur de son noyau, mais il n’a pas de neutrons. Les deux isotopes de l’hydrogène sont constants et persistants. Tous deux peuvent également se mélanger à l’oxygène pour aboutir à l’eau.
Les chercheurs expliquent comment le système solaire est apparu en quatre étapes et comment l’eau s’est formée dans le cadre de ce processus. Ils notent également que la synthèse de l’eau a eu lieu en deux épisodes. Le premier s’est produit avant la formation du système solaire, alors qu’il n’était encore qu’un nuage. En revanche, le second a eu lieu lors de la formation des planètes.
L’image ci-dessous présente un exposé simplifié présentant les quatre étapes pour la création de l’eau du système solaire.
Dans l’étape 1, l’eau se forme sur de minuscules grains de poussière. Il est important de noter qu’une partie de l’eau est de l’eau lourde (HDO). La glace d’eau forme un manteau gelé autour des grains de poussière. Dans la deuxième étape, la proto-étoile, qui pourra devenir un soleil, n’a pas encore commencé la fusion. Mais elle génère encore assez de chaleur pour sublimer en vapeur la glace d’eau sur les grains de poussière. Dans la troisième étape, alors que la proto-étoile continue à accumuler de la masse, elle commence à tourner. Le gaz et la poussière forment un disque en rotation centré sur l’étoile. La vapeur d’eau de la deuxième étape se recondense, et les grains de poussière sont à nouveau recouverts de manteaux de glace. Mais cette fois, la glace d’eau garde une trace de ce qu’elle a traversé.
(Ceccarelli et Du/ V)
Les deux se produisent dans des conditions diverses. Quant à l’eau de la première phase, la question est de savoir quelle quantité de cette eau préhistorique a été transmise à la Terre.
Les résultats de l’étude montrent que 1 % à 50 % de l’eau de la Terre provient de la phase initiale du système solaire. Cette fourchette est assez large, mais elle a tout de même des répercussions importantes.
Les auteurs concluent que l’eau contenue dans les astéroïdes et les comètes existe en grande quantité depuis leur formation. Ils mentionnent qu’il est probable que la Terre a acquis son eau initiale principalement par le biais des planétésimaux, qui sont les précurseurs supposés des planètes et des astéroïdes qui ont formé la Terre.
Toutes ces choses sont liées à l’origine de la vie et à la formation des mondes. L’eau a probablement joué un rôle dans la formation des planétésimaux qui l’ont amenée sur Terre. L’eau a probablement joué un rôle dans la séquestration d’autres produits chimiques, y compris les éléments constitutifs de la vie, sur les corps rocheux qui les ont amenés sur Terre.
L’eau est au centre de tout cela, et en montrant qu’une partie de celle-ci remonte au tout débuts du système solaire, les chercheurs ont fourni un point de départ pour comprendre le reste.
Selon les chercheurs :
Nous avons présenté ici une histoire primitive simplifiée de l’eau de la Terre selon les observations et les théories les plus récentes. Une bonne fraction de l’eau terrestre s’est probablement formée au tout début de la naissance du système solaire, lorsqu’il s’agissait d’un nuage froid de gaz et de poussière, gelé et conservé au cours des différentes étapes qui ont conduit à la formation des planètes, des astéroïdes et des comètes, et a finalement été transmise à la Terre naissante.
L’étude publiée dans la revue Elements : We Drink Good 4.5-Billion-Year-Old Water.
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