Selon l'hypothèse nébulaire, le Soleil et les planètes se sont formés il y a 4,6 milliards d'années à partir d'un nuage géant de poussière et de gaz. Cela a commencé avec la formation du Soleil au centre et le reste du matériel formant un disque protoplanétaire, à partir duquel les planètes se sont formées. Alors que les planètes du système solaire externe étaient en grande partie constituées de gaz (c'est-à-dire les géants du gaz), celles plus proches du soleil se sont formées à partir de minéraux et de métaux silicatés (c'est-à-dire les planètes terrestres).
En dépit d'avoir une assez bonne idée de la façon dont tout cela s'est produit, la question de savoir exactement comment les planètes du système solaire se sont formées et ont évolué au cours de milliards d'années est toujours sujette à débat. Dans une nouvelle étude, deux chercheurs de l'Université de Heidelberg ont examiné le rôle joué par le carbone dans la formation de la Terre et l'émergence et l'évolution de la vie.
Leur étude, «Distribution spatiale de la poussière de carbone dans la nébuleuse solaire précoce et la teneur en carbone des planétésimaux», a récemment paru dans la revue Astronomie et astrophysique. L'étude a été menée par Hans-Peter Gail, de l'Institut d'astrophysique théorique de l'Université de Heidelberg, et Mario Trieloff - de l'Institut des sciences de la Terre de Heidelberg et du Klaus-Tschira-Laboratory for Cosmochemistry.
Pour les besoins de leur étude, le couple a examiné le rôle joué par l'élément carbone - qui est essentiel à la vie ici sur Terre - dans la formation planétaire. Essentiellement, les scientifiques estiment que pendant les premiers jours du système solaire - alors qu'il était encore un nuage géant de poussière et de gaz - des matériaux riches en carbone ont été distribués au système solaire interne à partir du système solaire externe.
Au-delà de la «ligne de gel» - où des substances volatiles comme l'eau, l'ammoniac et le méthane peuvent se condenser en glace - des corps contenant des composés de carbone gelés se sont formés. Tout comme la façon dont l'eau était distribuée dans tout le système solaire, ces corps auraient été chassés de leurs orbites et envoyés vers le Soleil, distribuant des matières volatiles aux planétésimaux qui finiraient par se développer pour devenir les planètes terrestres.
Cependant, quand on compare les types de météores qui ont distribué du matériel primordial à la Terre - alias. météorites chondrites - on constate une certaine divergence. Fondamentalement, le carbone est relativement rare sur Terre par rapport à ces roches anciennes, dont la raison est restée un mystère. Comme le professeur Trieloff, qui était le co-auteur de l'étude, l'a expliqué dans un communiqué de presse de l'Université de Heidelberg:
«Sur Terre, le carbone est un élément relativement rare. Il est enrichi près de la surface de la Terre, mais en tant que fraction de la matière totale sur Terre, il ne représente que la moitié du 1 / 1000e. Dans les comètes primitives, cependant, la proportion de carbone peut être de dix pour cent ou plus. »
"Une partie substantielle du carbone dans les astéroïdes et les comètes se trouve dans des molécules à longue chaîne et ramifiées qui ne s'évaporent qu'à des températures très élevées", a ajouté le Dr Grail, l'auteur principal de l'étude. "Sur la base des modèles standard qui simulent les réactions du carbone dans la nébuleuse solaire où le soleil et les planètes sont originaires, la Terre et les autres planètes terrestres devraient avoir jusqu'à 100 fois plus de carbone."
Pour résoudre ce problème, les deux recherches ont construit un modèle qui supposait que les événements de réchauffement éclair de courte durée - où le Soleil chauffait le disque protoplanétaire - étaient responsables de cet écart. Ils ont également supposé que toute la matière du système solaire interne était chauffée à des températures comprises entre 1 300 et 1 800 ° C (2372 à 3272 ° F) avant que de petits planétésimaux et planètes terrestres ne se forment finalement.
Le Dr Grail et Trieloff croient que la preuve de cela réside dans les grains ronds des météorites qui se forment à partir de gouttelettes fondues - appelées chondres. Contrairement aux météorites chondrites, qui peuvent être composées de jusqu'à quelques pour cent de carbone, les chondres sont en grande partie épuisées de cet élément. Selon eux, cela était le résultat des mêmes événements d'échauffement éclair qui se sont produits avant que les chondres puissent s'accumuler pour former des météorites. Comme l'a indiqué le Dr Gail:
«Seules les pointes de température dérivées des modèles de formation de chondres peuvent expliquer la faible quantité de carbone actuelle sur les planètes intérieures. Les modèles précédents ne tenaient pas compte de ce processus, mais nous devons apparemment le remercier pour la bonne quantité de carbone qui a permis l’évolution de la biosphère terrestre telle que nous la connaissons. »
En bref, l'écart entre la quantité de carbone trouvée dans les roches chondritiques et celle trouvée sur Terre peut s'expliquer par un chauffage intense dans le système solaire primordial. Lorsque la Terre s'est formée à partir de matériaux chrondritiques, la chaleur extrême l'a amenée à épuiser son carbone naturel. En plus de faire la lumière sur ce qui a été un mystère en cours en astronomie, cette étude offre également un nouvel aperçu de la façon dont la vie dans le système solaire a commencé.
Fondamentalement, les chercheurs spéculent que les événements d'échauffement éclair dans le système solaire interne peuvent avoir été nécessaires à la vie ici sur Terre. S'il y avait eu trop de carbone dans le matériau primordial qui s'est fusionné dans notre planète, le résultat aurait pu être une «surdose de carbone». En effet, lorsque le carbone s'oxyde, il forme du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre majeur qui peut entraîner un effet de chauffage incontrôlé.
C'est ce que les scientifiques planétaires pensent qu'il est arrivé à Vénus, où la présence de CO2 abondant - combinée à son exposition accrue au rayonnement solaire - a conduit à l'environnement infernal qui existe aujourd'hui. Mais sur Terre, le CO2 a été retiré de l'atmosphère par le cycle silicate-carbonate, ce qui a permis à la Terre d'atteindre un environnement équilibré et vital.
"La question de savoir si 100 fois plus de carbone permettrait une élimination efficace des gaz à effet de serre est pour le moins discutable", a déclaré le Dr Trieloff. «Le carbone ne pouvait plus être stocké dans des carbonates, où la majeure partie du CO2 de la Terre est stockée aujourd'hui. Cette quantité de CO2 dans l'atmosphère provoquerait un effet de serre si grave et irréversible que les océans s'évaporeraient et disparaîtraient. »
C'est un fait bien connu que la vie ici sur Terre est à base de carbone. Cependant, sachant que les conditions du début du système solaire ont empêché une surdose de carbone qui aurait pu transformer la Terre en une deuxième Vénus est certainement intéressante. Alors que le carbone peut être essentiel à la vie telle que nous la connaissons, trop peut signifier sa mort. Cette étude pourrait également être utile lorsqu'il s'agit de rechercher la vie dans les systèmes extrasolaires.
Lors de l'examen d'étoiles lointaines, les astronomes pouvaient se demander: «les conditions primordiales étaient-elles suffisamment chaudes dans le système interne pour éviter une surdose de carbone?» La réponse à cette question pourrait être la différence entre trouver une Terre 2.0 ou un autre monde semblable à Vénus!
