Que se passe-t-il profondément sous la surface des planètes glaciaires? Y a-t-il de l’eau liquide, et si oui, comment interagit-elle avec le «fond marin» rocheux planétaire? De nouvelles expériences montrent que sur des planètes de glace d’eau entre la taille de notre Terre et jusqu’à six fois cette taille, l’eau lessive sélectivement le magnésium des minéraux typiques des roches. Les conditions avec des pressions de cent mille atmosphères et des températures supérieures à mille degrés Celsius ont été recréées dans un laboratoire et ont imité des planètes similaires, mais plus petites que Neptune et Uranus.
Les mécanismes de l’interaction eau-roche à la surface de la Terre sont bien connus, et l’image du cycle complexe de H2O dans l’intérieur profond de notre planète et d’autres planètes terrestres s’améliore constamment. Cependant, on ne sait pas ce qui se passe à l’interface entre H chaud et dense2O et la coquille rocheuse profonde des planètes de glace d’eau à des pressions et des températures de plusieurs ordres de grandeur plus élevées qu’au fond des océans les plus profonds de la Terre. Dans le système solaire, Neptune et Uranus sont classés comme des géants de glace; ils ont une couche externe épaisse de glace d’eau, qui repose sur une couche rocheuse profonde, et il est encore discuté si la température à l’interface est suffisamment élevée pour former de l’eau liquide.
Une équipe de recherche internationale dirigée par Taehyun Kim de l’Université Yonsei de Séoul, en Corée, comprenant des scientifiques de l’Université de l’Arizona, de DESY, du Laboratoire national d’Argonne, et Sergio Speziale du Centre de recherche allemand GFZ pour les géosciences, a mené une série de défis des expériences à la fois à PETRA III (Hambourg) et à Advanced Photon Source (Argonne, USA) montrant comment l’eau lessive fortement l’oxyde de magnésium (MgO) de certains minéraux, à savoir la ferropériclase (Mg, Fe) O et l’olivine (Mg, Fe) 2SiO4 à des pressions comprises entre 20 et 40 Gigapascal (GPa). Cela équivaut à 200 000 à 400 000 fois la pression atmosphérique sur Terre et à des températures supérieures à 1 500 K (? 1230 ° C), conditions qui sont présentes à l’interface entre les océans profonds et le manteau rocheux dans la classe sub-Neptune des planètes aquatiques. Sergio Speziale dit: “Ces découvertes ouvrent de nouveaux scénarios pour l’histoire thermique de grandes planètes glacées telles que Neptune et Uranus.” Les résultats de cette étude sont publiés dans la revue scientifique Astronomie de la nature.
De minuscules pastilles de poudre de ferropériclase ou d’olivine ont été chargées avec de l’eau dans une minuscule chambre d’échantillonnage (moins d’un millimètre de diamètre) percée dans une feuille de métal et pressée entre deux coupelles de diamants de qualité gemme à l’aide d’une cellule à enclume en diamant (DAC). Les échantillons ont été chauffés en faisant briller un laser infrarouge à travers les enclumes de diamant. La diffraction des rayons X synchrotron a été utilisée pour déterminer la transformation et la dégradation des minéraux induites par les réactions avec l’eau. Une diminution soudaine du signal de diffraction des minéraux de départ et l’apparition de nouvelles phases solides comprenant de la brucite (hydroxyde de magnésium) ont été observées au cours des cycles complets de chauffage et de trempe. Sergio Speziale explique: “Cela a démontré le début de réactions chimiques et la dissolution du composant oxyde de magnésium de la ferropériclase et de l’olivine; la dissolution était la plus forte dans une plage de pression-température spécifique entre 20 à 40 Gigapascal et 1250 à 2000 Kelvin.” Les détails du processus de réaction et la ségrégation chimique conséquente du MgO des phases résiduelles, ont été confirmés par microscopie électronique à balayage (MEB) approfondie et spectroscopie aux rayons X des échantillons récupérés. «À ces pressions et températures extrêmes, la solubilité de l’oxyde de magnésium dans l’eau atteint des niveaux similaires à ceux du sel dans les conditions ambiantes», explique Sergio Speziale.
Les scientifiques concluent que la dissolution intensive de MgO à l’interface entre le H2La couche O et le manteau rocheux sous-jacent pourraient produire, dans des exo-planètes sous-Neptune riches en eau avec une taille et une composition appropriées telles que TRAPPIST-1f, des gradients chimiques dans les premières phases chaudes de l’histoire des planètes. Ces gradients avec une distribution différenciée de l’oxyde de magnésium sur le fond marin planétaire pourraient être partiellement préservés tout au long de leur longue évolution de refroidissement. Des traces d’interactions initiales relativement peu profondes entre l’eau et le matériau rocheux lors de l’accrétion planétaire pourraient également être préservées pendant des milliards d’années dans de grandes planètes glacées de la taille d’Uranus.
Source de l’histoire:
Matériel fourni par GFZ GeoForschungsZentrum Potsdam, Centre Helmholtz. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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