Le noyau terrestre pourrait cacher des dizaines d'océans d'hydrogène

Mondial - Agence de presse Ekhbary

Le noyau terrestre : un océan caché d'hydrogène alimentant les processus géologiques

De récentes investigations scientifiques révolutionnaires suggèrent que les profondeurs les plus reculées de notre planète, son noyau métallique, pourraient abriter un immense réservoir d'hydrogène, jusqu'alors sous-estimé, équivalant à des dizaines d'océans terrestres. Cette découverte, détaillée dans une étude publiée le 10 février dans Nature Communications, remet en question les modèles existants de la composition interne de la Terre et a des implications profondes pour la compréhension des processus géologiques fondamentaux qui façonnent notre monde, y compris l'activité volcanique et l'évolution thermique à long terme de la planète.

Pendant des siècles, le noyau terrestre a été considéré principalement comme un alliage de fer-nickel, un cœur métallique dense enveloppé de mystère. Cependant, de nouvelles preuves expérimentales indiquent que l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers, pourrait constituer jusqu'à 0,36 % du poids du noyau. Cette vaste réserve souterraine d'hydrogène, qualifiée de « réserves chthoniennes », n'existe pas sous forme d'eau liquide dans les conditions extrêmes du noyau lui-même. Au lieu de cela, son importance réside dans son potentiel de migration vers le haut. Lorsque cet hydrogène s'échappe dans le manteau sus-jacent, riche en oxygène, il réagit pour former de l'eau, un processus aux conséquences considérables pour la dynamique de la planète.

Le géodynamicien Motohiko Murakami de l'ETH Zurich, chercheur principal de l'étude, explique le rôle critique de l'oxygène dans cette transformation. « L'oxygène est l'un des éléments minéraux les plus abondants dans le manteau », note Murakami, soulignant comment cette interaction facilite la création d'eau à partir de l'hydrogène en migration. Cette eau nouvellement formée peut alors agir comme un catalyseur crucial, influençant le comportement de fusion des roches du manteau et, par conséquent, ayant un impact sur la génération de magma ainsi que sur la fréquence et l'intensité des éruptions volcaniques à la surface.

La communauté scientifique a longtemps cherché à estimer la composition précise du noyau inaccessible de la Terre. Les tentatives antérieures de quantification des réserves d'hydrogène étaient souvent indirectes, reposant sur des observations de changements de volume lorsque l'hydrogène était ajouté au fer dans des conditions de laboratoire. Ces méthodes ont donné des estimations très variables, soulignant la nécessité d'une approche plus directe et robuste. Murakami et son équipe ont relevé ce défi en recréant méticuleusement les pressions et les températures extrêmes trouvées profondément à l'intérieur de la Terre.

Leur dispositif expérimental innovant impliquait la fabrication de matériaux de noyau artificiels : de minuscules éclats de fer enfermés dans une matrice de verre contenant de l'hydrogène. Ces échantillons ont ensuite été soumis à d'immenses forces, pressés entre deux diamants industriels dans une puissante presse mécanique. Simultanément, un faisceau laser focalisé a été dirigé à travers les diamants, chauffant les échantillons à une température étonnante de 4 826 °C (8 720 °F) – des conditions qui reflètent l'enfer de l'intérieur de la Terre primitive. Sous une telle chaleur et pression extrêmes, les échantillons ont fondu, se coalescent en minuscules amas de fer entremêlés de silicium, d'hydrogène et d'oxygène, imitant l'état primordial à partir duquel le noyau terrestre est censé s'être formé pendant sa phase initiale d'océan magmatique.

Après un refroidissement et une solidification rapides, les chercheurs ont utilisé une sonde spécialisée pour cartographier précisément la distribution des éléments dans les échantillons. Cette analyse détaillée a révélé des structures distinctes et minuscules solidifiées au sein de la matrice de fer. De manière cruciale, le silicium et l'hydrogène ont été trouvés exclusivement dans ces structures et, plus important encore, présents en quantités atomiques égales. Ce rapport atomique un à un s'est avéré être une découverte essentielle. Des expériences antérieures, des observations géophysiques et des simulations avaient déjà établi que le noyau terrestre contient entre 2 et 10 % de silicium en poids.

En tirant parti de cette abondance de silicium établie et de leur nouvelle découverte de rapport un à un, Murakami et ses collègues ont effectué des calculs mis à jour. Leurs estimations suggèrent que l'hydrogène, beaucoup plus léger, constitue environ 0,07 à 0,36 % du poids du noyau terrestre. Pour mettre cela en perspective, Murakami illustre de manière vivante l'échelle de ce réservoir : « C'est l'équivalent de neuf à 45 océans » d'eau, un volume stupéfiant caché sous nos pieds. Ce chiffre implique une réserve d'hydrogène potentiellement plus importante que toute l'eau liquide actuellement présente à la surface de la Terre.

Les implications vont au-delà de la simple quantification. Sur des échelles de temps géologiques, il est hautement probable qu'une partie de cet hydrogène profond se soit progressivement infiltrée du noyau vers le manteau sus-jacent, où elle se transforme en eau. Cette eau, à son tour, abaisse considérablement le point de fusion des roches du manteau, les rendant plus malléables et sujettes à la fusion. La génération de magma qui en résulte est un moteur fondamental de l'activité géologique, alimentant directement les éruptions volcaniques et les mouvements tectoniques qui façonnent les continents et les fonds océaniques. Cette connexion profonde entre la couche la plus interne de la Terre et les phénomènes de surface souligne la nature complexe et dynamique de notre planète.

Cette recherche n'offre pas seulement une évaluation plus directe et précise de la présence d'hydrogène dans le noyau terrestre, mais elle fournit également une nouvelle perspective sur le cycle de l'eau profonde de la planète et son influence potentielle sur les processus géodynamiques. La compréhension de ces réservoirs cachés est vitale pour affiner nos modèles de formation planétaire, de structure interne et des mécanismes qui ont soutenu l'activité géologique tout au long de l'histoire de la Terre, et pourrait même éclairer les conditions nécessaires à la vie.

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