Earth

La Terre pourrait avoir été riche en eau dès le départ / Earth may have always been wet

Piani L., Marrocchi Y. , Rigaudier T. , Vacher L.G. , Thomassin D., Marty B. (2020) Earth’s water may have been inherited from material similar to enstatite chondrite meteorites. Science, Vol. 369, Issue 6507, pp. 1110-1113. Full text available here.

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Morceau d’environ 10 cm de la chondrite à enstatite Sahara 97096 dans laquelle des concentrations d’eau de l’ordre de 0.5 % en poids sont mesurées. Si notre planète était formée uniquement de ce matériau, elle contiendrait jusqu’à 23 fois la quantité d’eau présente dans l’ensemble des océans. // Piece of the meteorite Sahara 97096 (about 10-cm long), an enstatite chondrite that contains about 0.5 weight % of water. If Earth formed entirely of this material, it would have received 23 times the total mass of water present in the Earth’s oceans. Sample from the National History Museum (Paris).

La Terre est la seule planète du système solaire à posséder de l’eau liquide à sa surface. Cette caractéristique est fondamentale, car cette eau a joué un rôle majeur dans l’apparition et le développement de la vie sur notre planète. Une grande question agite néanmoins la communauté scientifique : quelle est l’origine de l’eau sur Terre? En effet, les roches constitutives de la Terre sont supposées sèches car elles proviennent de zones internes du Système Solaire où régnaient des températures trop élevées pour que l’eau condense et s’agglomère aux autres solides sous forme de glace. L’hypothèse souvent évoquée est celle d’un apport tardif, après les premières étapes de formation de la Terre, par des petits corps hydratés tels que des comètes ou des astéroïdes carbonés. La quantité d’eau des roches constitutives de la Terre n’a néanmoins jamais été précisément estimée. Il existe pourtant des analogues disponibles sur Terre : ce sont les météorites du groupe des chondrites à enstatite correspondant à moins de 2% de l’ensemble des météorites.

Dans un article publié dans la revue Science, nous avons déterminé de façon précise les concentrations en eau des chondrites à enstatite. L’utilisation couplée de deux techniques analytiques, la spectrométrie de masse conventionnelle et la sonde ionique, a permis de montrer que l’on pouvait s’affranchir de la contamination terrestre et mesurer de façon fiable de faibles teneurs en eau comme celles mesurées dans les chondrites à enstatite. Les résultats obtenus montrent que les chondrites à enstatite contiennent suffisamment d’eau pour avoir apporté au minimum l’équivalent de trois fois la quantité totale d’hydrogène présent dans l’eau des océans terrestres et peut être beaucoup plus ! ! L’utilisation de rapport isotopique, véritable ADN des éléments chimiques, permet ensuite d’affiner la comparaison entre la Terre et les chondrites à enstatite. La composition isotopique en hydrogène des chondrites à enstatite est en parfait accord avec celle de l’eau stockée dans le manteau terrestre. Il apparait donc que la Terre s’est formée à partir d’un matériel suffisamment riche en hydrogène pour fournir la quasi-totalité de l’eau terrestre. Ces résultats montrent également qu’une grande partie de l’azote atmosphérique (gaz le plus abondant de l’atmosphère terrestre) pourrait aussi provenir des chondrites à enstatite, faisant de ces roches, analogues des constituants principaux de la Terre, les pourvoyeurs des éléments fondamentaux pour le développement de la vie sur Terre. La Terre a donc toujours été riche en eau et cette caractéristique est fondamentale au regard du développement de la vie sur notre planète.

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Earth is the only planet of our Solar System with liquid water on its surface. This is a fundamental characteristic, as water certainly played a major role in the appearance and development of life on Earth. A great question remains though: where does this water come from? Indeed, the Earth’s building blocks are supposed to be dry, as they come from inner zones of the Solar System where temperatures have been too high for water to condense and be accreted with other solids during planet formation. It is commonly considered that water was delivered to Earth at the end of its formation by hydrated bodies such as comets or hydrated asteroids formed in the outer Solar System. Nonetheless, the water content of the Earth’s building blocks has never been precisely estimated. Yet, potential analogues of these building blocks are available on Earth: the meteorites from the enstatite chondrite group, that correspond to 2% of the known meteorites.

In this paper published in the Science review, we have determined the water concentration and composition of a series of enstatite chondrites. The coupling of two analytical techniques, the conventional mass spectrometry and the secondary ion mass spectrometry (SIMS), allowed them to precisely measure the low water contents of enstatite chondrites without being biased by terrestrial contamination. The results demonstrate that the enstatite chondrites contain enough water to deliver at the minimum 3 times the total amount of water of the Earth’s oceans and probably much more! To investigate the comparison between the Earth and the enstatite chondrites further, the authors traced water’s origin by measuring the hydrogen isotopic ratios. The isotopic ratio is a type of signature akin to DNA for a chemical element. We found the hydrogen isotopic composition of enstatite chondrites to be similar to the one of the water stored in the terrestrial mantle. It thus appears that the Earth might have been formed from a material that both contains enough water and possesses the right isotopic composition to explain almost all of the water present today. The paper also proposed that a large amount of the atmospheric nitrogen (the most abundant component of the Earth’s atmosphere) could also come from the enstatite chondrites. The Earth could thus have always been wet and this is of major importance for the development of life on our planet.