Les océans sont-ils tombés du ciel avec les comètes ?

[BelleMuezza 0]

Bien que ce sujet ne soit pas à proprement parler un problème naturel ou environnemental, il m'interpelle ! Ne sachant où le caser, je pense, à près tout, qu'il a toute sa place ici...

Des comètes surgies du fin fond de l'espace pourraient être responsables de la présence d'une grande partie des océans qui recouvrent aujourd'hui la Terre, selon une étude publiée mercredi.

Des astrophysiciens du télescope spatial Herschel de l'ESA (Agence spatiale européenne) ont en effet trouvé pour la première fois de l'eau d'une composition chimique similaire à celle de la Terre sur une comète, Hartley 2, passée récemment au large de notre planète.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, l'eau est vraisemblablement étrangère à notre "planète bleue" et son origine à la surface de la Terre fait toujours débat entre les scientifiques.

Lors de la formation de notre système solaire, la Terre était tellement chaude que la plupart des éléments volatils, dont l'eau, se sont évaporés et seules les régions relativement lointaines - au-delà de l'orbite de Mars - en ont conservé une grande quantité.

Un grand nombre de chercheurs pensent qu'elle a fait son retour plusieurs millions d'années après la formation de la Terre, sous forme de glace transportée à bord de petits corps célestes: les astéroïdes et, dans une moindre mesure, les comètes.

"Les théories actuelles ont conclu que moins de 10% de l'eau terrestre a pour origine des comètes", noyaux de glace et de poussières, explique Paul Hartogh, de l'Institut Max Planck de recherches sur le système solaire (MPS).

"Pour la première fois, nos résultats impliquent que les comètes ont pu jouer un rôle bien plus important", renchérit Miriam Rengel du MPS, dont l'étude est publiée dans la revue britannique Nature.

Pour remonter la piste de l'eau terrestre jusque dans l'espace, les scientifiques utilisent un isotope (variante atomique) naturel de l'hydrogène, le deutérium, aussi appelé "hydrogène lourd".

Sur notre planète, la proportion de deutérium est d'environ un atome pour 6.400 d'hydrogène et "les petits corps célestes qui ont apporté l'eau sur Terre devraient avoir une proportion similaire entre les deux isotopes", selon le MPS.

Jusqu'à présent, les astronomes avaient principalement observé cette proportion chez les astéroïdes, corps composés de roches, de métaux et de glace, provenant de la ceinture d'astéroïdes située entre Mars et Jupiter.

En revanche, aucune élue n'avait été trouvée parmi six comètes candidates, toutes beaucoup trop riches en deutérium et arrivant vraisemblablement du voisinage de grandes planètes gazeuses comme Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

La comète Hartley 2, en revanche, proviendrait de la ceinture de Kuiper, une région beaucoup plus lointaine située aux confins du système solaire. Les instruments d'Herschel l'ont donc scrutée à la loupe lors de son passage à seulement 18 millions de km de la Terre à l'automne 2010.

"Nos mesures ont montré que l'eau de la comète contient un atome de deutérium pour 6.200 atomes d'hydrogène", un taux très proche de celui de la Terre, explique M. Hartogh.

Il sera nécessaire d'analyser de nombreux autres échantillons pour mieux évaluer l'apport en eau des comètes sur Terre mais "des comètes du type de Hartley 2 doivent désormais bien être prises en compte", conclut le chercheur.


AFP / Sciences et Avenir 05/10/2011

[BreeMeg 0]

Dans le débat scientifique sur les origines de l’eau sur Terre, une équipe de jeunes chercheurs apporte des éléments en mesure de trancher la question. Selon leur étude de météorites primitives, des chondrites carbonées, notre planète rocheuse était humide dès ses débuts… Si cela se confirme, cela signifie-t-il que la vie serait apparue plus tôt qu’on ne le pensait ?

D’où vient toute l’eau terrestre ? Couvrant environ 70 % de la surface de notre planète, elle est, comme on le sait, un facteur déterminant dans l’apparition et le développement de la vie, ce qui vaut d’ailleurs à notre biosphère le surnom de « planète bleue » ou de « planète océan ». Mais, plus de 4,5 milliards d’années après sa naissance, les scientifiques qui travaillent sur ce sujet (principalement des géologues et des cosmochimistes) ne sont pas tous d’accord sur la question de ses origines. Après enquêtes, les uns postulent en effet que notre eau fut pour l'essentiel apportée par des pluies de comètes — riches en eau — qui se sont abattues sur tous les corps du Système solaire interne au cours du bombardement massif tardif, plusieurs centaines de millions d’années après la formation des planètes… Et les autres suggèrent que la présence de l’eau est concomitante de la genèse de la Terre.

Une illustration du Système solaire interne, quelques millions d’années après la naissance du Soleil. Les pointillés marquent la ligne des glaces au-delà de laquelle la température garantit une stabilité des corps glacés. Les origines de l’eau sur Terre seraient en partie liées aux chondrites carbonées, constituées de poussières collées aux molécules d’eau, et bousculées gravitationnellement par la proto-Jupiter. La deuxième possibilité suggère que la Terre en formation fut arrosée très tôt de chondrites carbonées. Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institution

Au cœur de ce débat passionnant, une équipe de jeunes chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et de la WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution) estime avoir tranché la question. Leur étude a été publiée le 31 octobre sur le site Woods Hole Oceanographic Institution et dans la revue Science.

« La réponse à l’une des questions les plus fondamentales est que nos océans ont toujours été là, argue Adam Sarafian qui a conduit ces recherches. Nous ne les avons pas obtenus d’un processus tardif comme cela était pensé précédemment. » Dans le scénario défendu par les tenants de la première hypothèse évoquée plus haut, la Terre et ses consœurs sont le produit de l’accrétion de corps relativement secs. « Certaines personnes ont fait valoir que les molécules d’eau présentes lorsque les planètes se sont formées se seraient évaporées ou auraient été soufflées dans l’espace et que l’eau en surface telle qu’elle existe aujourd’hui sur notre planète devait venir bien plus tard… des centaines de millions d’années plus tard » rappelle Horst Marschall qui a contribué à cette étude.

Or, en s’intéressant aux chondrites carbonées qui, rappelons-le, sont des météorites nées dans le disque de gaz et de poussières protoplanétaires — pépinières de planètes — qui entourait notre jeune Soleil, il y a 4,56 milliards d’années, les jeunes chercheurs ont confronté la signature de l’eau (précisément l’hydrogène) qu’elles contiennent à celle qui abonde à la surface de la Terre. « Elles (les chondrites carbonées) ont beaucoup d’eau en elles, indique le géologue Sune Nielsen. Aussi furent-elles pensées auparavant comme de bonnes candidates pour les origines de l’eau sur Terre. »

Un des échantillons étudiés par l’équipe de chercheurs d’une météorite de type chondrite carbonée, issue de l’astéroïde Vesta (actuellement 530 km de diamètre). Jayne Doucette, Woods Hole Oceanographic Institution

Ne représentant qu’environ 4 % des météorites retrouvées, celles qui ont intéressé l’équipe sont connues pour avoir Vesta comme parent. Les échantillons prêtés par la Nasa sont des fragments échoués sur notre planète, au cours de son histoire récente. Désignés eucrites, ils proviennent donc de ce deuxième plus grand corps (530 km de diamètre) de la ceinture principale d’astéroïdes, lequel a commencé à se constituer quelque 14 millions d’années seulement après la formation du Système solaire, qui plus est dans la même région que la Terre. Vesta est donc contemporain des fondations de notre globe terrestre et il est susceptible de témoigner des conditions qui prévalaient au cours de cette période. Pour déterminer pour la première fois le rapport isotopique de l’hydrogène dans une eucrite, les chercheurs ont fait appel à un spectromètre de masse d’ions secondaires. Leurs résultats ont révélé que ce ratio est le même que pour les chondrites carbonées et aussi celui de la Terre. Idem avec l’étude isotopique de l’azote. Les données pointent ces roches primitives comme sources principales.

« L’étude montre que l’eau terrestre fut probablement accrétée en même temps que les roches. La planète est née humide avec de l’eau à sa surface » déclare Horst Marschall, géologue au WHOI. Bien sûr, rien n’interdit que la déferlante de comètes survenue beaucoup plus tard n’ait pas contribué à arroser la Terre mais, à la lumière de ces recherches, il apparaît que dès le départ, les quantités d’eau étaient déjà importantes.

« Une des conséquences de cela est que la vie sur notre planète a pu commencer beaucoup plus tôt, souligne Sune Nielsen. Sachant que l’eau est arrivée précocement dans le Système solaire interne, cela signifie que les autres planètes aussi (Mercure, Vénus et Mars) ont pu être humides très tôt et évolué vers la vie avant qu’elles ne deviennent les environnements hostiles que l’on connaît aujourd’hui. »

Issue d’une autre région du Système solaire, la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, actuellement survolée, — et même abordée le 12 novembre prochain par l’atterrisseur Philae — par la sonde spatiale Rosetta, témoignera à son tour, dans un avenir proche, de la nature de son eau et de sa possible filiation avec celle qui coule dans notre monde habitable. En outre, cette mission devrait nous renseigner sur l’implication éventuelle de ces corps constitués de glace et de poussières primitives sur les origines de la vie.

F-S 4Nov2014

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Les observations du spectromètre Rosina de l'Université de Berne, embarqué à bord de la sonde spatiale Rosetta, relancent le débat sur l'origine de l'eau sur Terre. Selon ces résultats publiés mercredi dans la revue Science, l'eau terrestre ne provient pas de comètes de la famille de jupiter telles que Tchourioumov-Guérassimenko.

 DLR, CC-BY 3.0 (Rosetta survolant la comète (vue d'artiste).

Ces travaux réalisés par Kathrin Altwegg, principale responsable de l'instrument Rosina à l'Université de Berne, avec des confrères français, américains et israéliens, ont consisté à mesurer l'empreinte chimique de la vapeur d'eau de la comète "Tchouri". Soit le rapport isotopique Deutérium/Hydrogène (D/H), qui permet de déterminer où dans le système solaire le corps céleste a été formé et de comparer ce chiffre avec le rapport D/H des océans terrestres.

 Résultats: le D/H de l'eau de "Tchouri" est trois fois plus élevé que celui mesuré sur Terre, et même une des valeurs les plus élevées jamais mesurées dans le système solaire, a indiqué l'Université de Berne devant la presse. Il est donc "fortement improbable" que des comètes du type de 67P/Tchourioumov-Guérassimenko soient la source de l'eau terrestre. (Photo Cette vue spectaculaire du relief tourmenté et des jets de gaz et de poussière expulsés par le noyau de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko symbolise la réussite de la mission Rosetta. ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0)

Selon Mme Altwegg, il est plus vraisemblable que des astéroïdes, plus proches de l'orbite terrestre, aient livré l'eau de la Terre, ou que celle-ci ait pu conserver une partie de son eau originelle dans les roches et aux pôles. Voire les deux à la fois, les astéroïdes ne constituant qu'une source partielle. Le débat n'est donc pas clos.

 Image Structure de Rosetta et implantation des instruments scientifiques. Pline CC BY-SA 4.0)

La sonde Rosetta, qui a déjà parcouru 6,5 milliards de kilomètres, accompagnera la comète au moins jusqu'à son passage au plus près du Soleil, en août 2015. En novembre, elle avait largué sur "Tchouri" le robot-laboratoire Philae, une première dans l'exploration spatiale. Rosetta a également été la première sonde à se mettre en orbite autour d'une comète.

D'un coût total de 1,3 milliard d'euros, la mission Rosetta a mobilisé environ 2000 personnes depuis vingt ans.

Romandie 10/12/2014

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D'où vient l'eau des océans ? Des comètes ou des astéroïdes ? La mission scientifique Rosetta a peut-être livré un verdict déterminant. En effet, d'après une étude publiée par la revue Science (voir article précédent), mercredi 10 décembre, les analyses chimiques montrent que l'eau sur la comète Tchouri est très différente de celle de la Terre. Francetv info nous entraîne aux origines de la planète bleue.


 Cette image réalisée à partir de plusieurs clichés, le 13 novembre 2014, présente la sonde Rosetta lors de son atterrissage sur la comète Tchouri.  (AP / SIPA)

Que cherchent à comprendre les scientifiques ? Voilà des décennies que les scientifiques tentent de comprendre d'où vient l'eau des océans terrestres. "Tout s'est passé très vite, sans doute dans les premières centaines de millions d'années de la Terre, explique Bernard Marty, chercheur au centre de Pétrographie de Nancy, contacté par francetv info. La croissance de la proto-Terre est sèche, car l'environnement est chaud et les éléments volatils ne peuvent pas se condenser." Mais la planète est bombardée par des corps hydratés, qui viennent de régions plus distantes du Soleil.

Lesquels ? Il existe deux candidats potentiels, selon les scientifiques. "Il y a d'abord les astéroïdes situés entre Mars et Jupiter, dans une région suffisamment éloignée pour retenir de l'eau. Ainsi, certaines météorites carbonées contiennent jusqu'à 15% d'eau", précise Bernard Marty. Les comètes ont également un profil intéressant, car certaines sont constituées à 50% de glace d'eau et elles viennent parfois croiser dans la région terrestre. "Ce sont des objets assez préservés, qui contiennent énormément d'eau", précise à francetv info Christelle Briois, chimiste et enseignante-chercheuse à l'université d'Orléans, associée à la mission Rosetta.

Quel est le moyen utilisé pour lever le mystère ? Qui a enfanté les océans ? Pour le découvrir, rien de mieux qu'un test de paternité. Les chercheurs disposent d'une sorte de trace ADN. En effet, la molécule d'eau a pour formule H2O, mais l'hydrogène (H) a un isotope : le deutérium (D). Cette forme lourde d'hydrogène est plus ou moins fréquente dans l'eau, selon les régions du système solaire. Les chercheurs calculent donc ce rapport entre les deux formes, afin d'obtenir une valeur. Elle est comparée à celle des océans terrestres, afin d'établir d'éventuelles correspondances. "On sait que ces variations de rapport D/H varient de façon importante dans le système solaire et on peut donc les utiliser comme traceurs."

Depuis les années 1980, ce rapport a été calculé dans une dizaine de comètes du nuage d'Oort, grâce à la sonde Giotto ou à des télescopes. Mauvaise pioche, toutefois, puisque le rapport est deux fois supérieur à celui des eaux du globe. "Ainsi, ces résultats ne collaient pas à la croyance selon laquelle les comètes avaient apporté l'eau terrestre", résume Christelle Briois. Dans le même temps, les rapports observés dans les météorites carbonées, entre Mars et Jupiter, sont similaires à ceux des océans. Ce qui nourrit un éventuel apport en eau des astéroïdes, d'autant que d'autres rapports isotopiques correspondent, comme celui de l'azote.

Banco ? Que nenni. En 2011, une équipe exploite les données recueillies par le télescope Herschel sur 103P/Hartley et sur une autre comète de la famille de Jupiter, qui proviennent toutes deux de la ceinture de Kuiper, au-delà de l'orbite des planètes géantes. Et cette fois, le fameux rapport isotopique est similaire à celui des océans, ce qui relance la candidature des comètes. Tout est à refaire.

Quelle est la réponse de la mission Rosetta ? Heureusement, Rosetta entre en piste. La mission va pouvoir analyser in situ une comète de la famille de Jupiter en question. Après de nombreuses péripéties, la chercheuse de l'université de Berne Kathrin Altwegg clôt le suspense dans un article publié par Science. Coup de théâtre. Non seulement le rapport est trois fois supérieur à celui des océans, mais il est même le plus élevé jamais observé pour un corps du système solaire. Ainsi, résume Bernard Marty, "il semble que les océans ne peuvent pas venir d'une glace du type analysé sur Tchouri par Rosetta. Mais prudence, toutefois, puisqu'on n'analyse ici qu'un seul corps."

Au passage, ces résultats confortent le modèle initial des scientifiques, mis à mal en 2011. Ceux-ci avaient d'abord identifié un lien entre quantité de dieutérium et distance au Soleil. "Quand on mesure tous les objets dans le système solaire, plus on s'éloigne du soleil, plus ce rapport D/H augmente", explique Bernard Marty.

Tchouri valide ce modèle. Car malgré sa proximité relative, la comète provient originellement de la ceinture de Kuiper, un réservoir de comètes situé aux confins du système solaire. "C'est une mesure magnifique, tout à la gloire de l'équipe qui a fabriqué les instruments et les fait fonctionner. Ensuite, c'est quand même le corps le plus primitif en termes de D/H trouvé dans le système solaire !" s'enthousiasme Bernard Marty.

Enfin, ces résultats montrent que les comètes proches de Jupiter sont beaucoup plus complexes que prévu et qu'elles "ne proviennent pas uniquement de la ceinture de Kuiper, mais que certaines viennent sans doute d'ailleurs et s'apparentent davantage à des astéroïdes troyens", complète Christelle Briois. La dynamique de la formation du système solaire réserve encore bien des mystères.

Et maintenant ? "L'affaire n'est pas finie", ajoute Bernard Marty, car la mission Rosetta doit livrer de nouvelles données. "Il y a des mesures en cours sur d'autres éléments volatils et d'autres rapports isotopiques vont être mesurés, notamment avec l'azote". L'exploration d'objets lointains et riches en volatils est donc toujours d'actualité. "Pour nous, le Graal serait d'obtenir des bouts de comètes rapportées par des missions spatiales. Cela nous permettrait d'obtenir des informations encore plus précises, grâce à nos instruments de laboratoire."

Francetv info 12/12/2014

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Et si l'eau actuellement présente à la surface de la Terre ne provenait pas, ou pas seulement tout du moins, des astéroïdes ayant frappé notre planète dans le passé, mais de processus géologiques internes ? C'est en tout cas la théorie défendue par deux géologues lors de la conférence annuelle de l'Union Américaine de Géophysique, qui se tenait du 15 au 19 décembre 2014 à San Francisco.

D'où vient l'eau présente sur Terre ? Jusqu'ici, la théorie qui a toujours prévalu avance que l'eau a été apportée sur Terre par les astéroïdes et les comètes.


 ISS / NASA / Government of the United States of America (USA)

Toutefois, les derniers résultats fournis par la mission Rosetta ont fragilisé considérablement l'hypothèse selon laquelle l'eau terrestre viendrait des comètes. En effet, il s'avère que l'eau présente dans le noyau de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko n'est pas la même que celle présente sur Terre (lire information précédente).

Face à ces nouveaux résultats, des chercheurs de l'Université de l'Etat de l'Ohio avancent une nouvelle hypothèse : selon eux, l'eau terrestre proviendrait probablement certes, pour une part, des astéroïdes et des comètes ayant heurté le sol terrestre, mais aussi de processus géologiques internes, propre au fonctionnement terrestre. Une théorie présentée lors de la conférence annuelle de l'Union Américaine de Géophysique, qui se tenait du 15 au 19 décembre 2014 à San Francisco.

D'après ces chercheurs, il existerait un processus géochimique qui permettrait à la Terre de piéger durant des milliards d'années d'énormes quantités d'eau sous terre, et de libérer sporadiquement un peu de cette eau vers la surface à la faveur du phénomène de la tectonique des plaques (la tectonique des plaques et l'ensemble des mouvements des plaques constituant la partie supérieure de la Terre). Ainsi, toujours selon ces chercheurs, d'énormes quantités d'eau, équivalentes à celles qui remplissent actuellement l'Océan Pacifique, dormiraient ainsi dans les profondeurs terrestres.

Pour affirmer cela, ces chercheurs s'appuient sur de récentes découvertes qui suggèrent que l'intérieur de la planète recèle probablement de grandes quantités d'eau. (lire "Un gigantesque réservoir d’eau est-il enfoui sous la Terre ?").

Ces récents travaux avaient montré que cette eau serait probablement contenue dans un minéral appelé ringwoodite. La ringwoodite ? Il s’agit en réalité d’une forme d’olivine (l’olivine est un minéral qui abonde dans le manteau supérieur terrestre), qui s’est formée dans des conditions de pression très supérieures à celles qui entourent habituellement la formation de l’olivine.

Problème : ces énormes quantités d'eau dormiraient très loin sous la surface, dans ce que les géologues appellent la zone de transition, soit une région située entre 410 à 660 km de profondeur. Comment cette eau aussi profondément enfouie pourrait-elle accéder jusqu'à la surface terrestre ? Selon les chercheurs de l'Université de l'Etat de l'Ohio, cette eau bénéficierait d'une sorte de "relais", qui l'aiderait à parvenir jusqu'à la surface de la Terre. Quel est ce "relais" ? Il s'agirait du grenat, une famille de minéraux qui produit des cristaux cubiques. Ce grenat serait en quelque sorte le "porteur d'eau" qui permettrait de faire transiter l'eau contenue dans la ringwoodite vers la surface de la Terre.

Au final, la grande profondeur à laquelle se trouve cette eau pourrait expliquer pourquoi les cycles qui permettent à cette eau de venir alimenter la surface terrestre se comptent en milliards d'années. Soit un processus très lent, qui permettrait de mieux comprendre pourquoi ces vastes réserves d'eau souterraines n'ont toujours pas été épuisées...

Pour forger cette hypothèse, qui devra bien entendu être testée par des travaux ultérieurs, les chercheurs américains ont procédé à plusieurs simulations informatiques modélisant le comportement géochimique des couches inférieures du manteau terrestre.

Pour en savoir plus, lire le communiqué (en anglais) publié par l'Université de l'Etat de l'Ohio : "Study Hints that Ancient Earth Made Its Own Water—Geologically".




Journal de la Science 21/12/2014