L'eau sur les planètes terrestres du système solaire - Water on terrestrial planets of the Solar System
La présence d' eau sur les planètes terrestres du système solaire ( Mercure , Vénus , la Terre , Mars et la Terre de étroitement liés Lune ) varie avec chaque corps planétaire, les origines exactes restant peu claires. De plus, la planète naine terrestre Cérès est connue pour avoir de la glace d'eau à sa surface.
Inventaires d'eau
Mars
Une quantité importante d' hydrogène en surface a été observée à l'échelle mondiale par le Mars Odyssey GRS. Les fractions massiques d'eau estimées stœchiométriquement indiquent que, lorsqu'elles sont exemptes de dioxyde de carbone , la surface proche aux pôles est presque entièrement constituée d'eau recouverte d'un mince placage de matériau fin. Ceci est renforcé par les observations MARSIS , avec environ 1,6 × 10 6 km 3 (3,8 × 10 5 cu mi) d'eau dans la région polaire sud avec une eau équivalente à une couche globale (WEG) de 11 mètres (36 pieds) de profondeur. Des observations supplémentaires aux deux pôles suggèrent que le WEG total est de 30 m (98 pieds), tandis que les observations de Mars Odyssey NS placent la limite inférieure à environ 14 cm (5,5 pouces) de profondeur. Les preuves géomorphologiques favorisent des quantités d' eau de surface significativement plus importantes par rapport à l'histoire géologique, avec des WEG aussi profonds que 500 m (1 600 pi). Le réservoir atmosphérique actuel d'eau, bien qu'important en tant que conduit, est insignifiant en volume avec le WEG ne dépassant pas 10 m (0,00039 in). Étant donné que la pression de surface typique de l'atmosphère actuelle (~ 6 hPa (0,087 psi)) est inférieure au point triple de H 2 O, l'eau liquide est instable à la surface à moins qu'elle ne soit présente dans des volumes suffisamment importants . De plus, la température mondiale moyenne est d'environ 220 K (-53 °C; -64 °F), même en dessous du point de congélation eutectique de la plupart des saumures. À titre de comparaison, les températures de surface diurnes les plus élevées sur les deux sites MER ont été d'environ 290 K (17 °C; 62 °F).
Mercure
En raison de sa proximité avec le Soleil et du manque d'eau visible à sa surface, la planète Mercure avait été considérée comme une planète non volatile . Les données récupérées de la mission Mariner 10 ont trouvé des preuves de H , He et O dans l'exosphère de Mercure. Des volatiles ont également été trouvés près des régions polaires. MESSENGER , cependant, a renvoyé des données provenant de plusieurs instruments embarqués qui ont conduit les scientifiques à la conclusion que Mercure était riche en volatiles. Mercure est riche en K , ce qui a été suggéré comme indicateur de l'épuisement volatil du corps planétaire. Cela conduit à supposer que Mercure aurait pu accumuler de l'eau à sa surface, par rapport à celle de la Terre si sa proximité n'avait pas été si proche de celle du Soleil.
Terre
L'hydrosphère terrestre contient ~ 1,46 × 10 21 kg (3,22 × 10 21 lb) de H 2 O et les roches sédimentaires contiennent ~ 0,21 × 10 21 kg (4,6 × 10 20 lb), pour un inventaire crustal total de ~ 1,67 × 10 21 kg (3,68 × 10 21 lb) de H 2 O. L'inventaire du manteau est mal limité dans la plage de 0,5 × 10 21 à 4 × 10 21 kg (1,1 × 10 21 à 8,8 × 10 21 lb). Par conséquent, l'inventaire en vrac de H 2 O sur Terre peut être estimé de manière prudente à 0,04 % de la masse de la Terre (~ 2,3 × 10 21 kg (5,1 × 10 21 lb)).
La Lune de la Terre
L'observation récente faite par un certain nombre de vaisseaux spatiaux a confirmé des quantités importantes d' eau lunaire . Le spectromètre de masse à ions secondaires (SIMS) a mesuré le H 2 O ainsi que d'autres substances volatiles possibles dans les bulles de verre volcanique lunaire. Dans ces verres volcaniques, 4 à 46 ppm en poids de H 2 O ont été trouvés, puis modélisés comme étant de 260 à 745 ppm en poids avant les éruptions volcaniques lunaires. Le SIMS a également trouvé de l'eau lunaire dans les échantillons de roche des astronautes d'Apollo retournés sur Terre. Ces échantillons de roche ont été testés de trois manières différentes et tous sont arrivés à la même conclusion que la Lune contient de l'eau lunaire.
Il existe trois principaux ensembles de données pour l'abondance de l'eau sur la surface lunaire : les échantillons des Highlands, les échantillons KREEP et les échantillons de verre pyroclastique. Les échantillons des hautes terres ont été estimés pour l'océan de magma lunaire à 1320-5000 ppm en poids de H 2 O au début. L' échantillon urKREEP estime un poids de 130 à 240 ppm de H2O, ce qui est similaire aux résultats des échantillons actuels des Highlands (avant la modélisation). Des billes d'échantillon de verre pyroclastique ont été utilisées pour estimer la teneur en eau de la source du manteau et du silicate en vrac de la Lune. La source du manteau a été estimée à 110 ppm poids de H 2 O et le silicate en vrac Moon contenait 100 à 300 ppm poids de H 2 O.
Vénus
L'atmosphère vénusienne actuelle n'a que ~200 mg/kg H 2 O(g) dans son atmosphère et le régime de pression et de température rend l'eau instable à sa surface. Néanmoins, en supposant que l'H 2 O de Vénus primitive avait un rapport entre le deutérium (hydrogène lourd, 2H) et l'hydrogène (1H) similaire à celui de l'eau océanique moyenne standard de Vienne ( VSMOW ) de la Terre de 1,6 × 10 -4 , le rapport D/H actuel dans l'atmosphère vénusienne de 1,9 × 10 −2 , à près de × 120 de celle de la Terre, peut indiquer que Vénus avait un inventaire de H 2 O beaucoup plus important . Alors que la grande disparité entre les rapports D/H terrestres et vénusiens rend difficile toute estimation du bilan hydrologique géologiquement ancien de Vénus, sa masse peut avoir été d'au moins 0,3% de l'hydrosphère terrestre. Les estimations basées sur les niveaux de deutérium de Vénus suggèrent que la planète a perdu de 4 mètres (13 pieds) d'eau de surface jusqu'à « la valeur d'un océan terrestre ».
Accrétion d'eau par la Terre et Mars
Le rapport isotopique D/H est une contrainte primordiale sur la source de H 2 O des planètes telluriques. La comparaison des rapports D/H planétaires avec ceux des chondrites carbonées et des comètes permet une détermination provisoire de la source de H 2 O. Les meilleures contraintes pour le H 2 O accrété sont déterminées à partir de H 2 O non atmosphérique , comme le rapport de la composante atmosphérique peut être sujet à une modification rapide par la perte préférentielle de H à moins qu'il ne soit en équilibre isotopique avec la surface H 2 O. Le rapport VSMOW D/H de la Terre de 1,6×10 -4 et la modélisation des impacts suggèrent que la contribution cométaire à l'eau crustale était inférieure à 10 %. Cependant, une grande partie de l'eau pourrait provenir d'embryons planétaires de la taille de Mercure qui se sont formés dans la ceinture d'astéroïdes au-delà de 2,5 UA. Le rapport D/H original de Mars tel qu'estimé en déconvoluant les composants D/H atmosphérique et magmatique dans les météorites martiennes (par exemple, QUE 94201), est ×(1,9+/-0,25) la valeur VSMOW. Le D/H plus élevé et la modélisation de l'impact (significativement différent de la Terre en raison de la masse plus petite de Mars) favorisent un modèle où Mars a accumulé un total de 6 % à 27 % de la masse de l'hydrosphère terrestre actuelle, correspondant respectivement à un D/H original entre ×1,6 et ×1,2 la valeur SMOW. La première amélioration est cohérente avec des contributions astéroïdes et cométaires à peu près égales, tandis que la seconde indiquerait principalement des contributions astéroïdes. Le WEG correspondant serait de 0,6 à 2,7 km (0,37 à 1,68 mi), ce qui correspond à une efficacité de dégazage de 50 % pour produire ~ 500 m (1 600 pi) de WEG d'eau de surface. La comparaison du rapport D/H atmosphérique actuel de × 5,5 SMOW avec le rapport primordial × 1,6 SMOW suggère qu'environ 50 m (160 pi) de ont été perdus dans l'espace par le décapage du vent solaire .
La livraison d'eau cométaire et astéroïde à la Terre et à Mars en accrétion comporte des mises en garde importantes, même si elle est favorisée par les rapports isotopiques D/H. Les problèmes clés comprennent :
- Les rapports D/H plus élevés dans les météorites martiennes pourraient être une conséquence d'un échantillonnage biaisé, car Mars n'a peut-être jamais eu de processus de recyclage crustal efficace
- L' estimation du manteau supérieur primitif de la Terre du rapport isotopique 187 Os/ 188 Os dépasse 0,129, significativement supérieur à celui des chondrites carbonées, mais similaire aux chondrites anhydres ordinaires. Cela rend peu probable que des embryons planétaires de composition similaire aux chondrites carbonées aient fourni de l'eau à la Terre
- Le contenu atmosphérique de la Terre en Ne est significativement plus élevé que ce à quoi on aurait pu s'attendre si tous les gaz rares et H 2 O avaient été accrétés à partir d'embryons planétaires avec des compositions chondritiques carbonées.
Une alternative à la livraison cométaire et astéroïdale de H 2 O serait l'accrétion par physisorption lors de la formation des planètes telluriques dans la nébuleuse solaire . Cela serait cohérent avec l'estimation thermodynamique d'environ deux masses terrestres de vapeur d'eau à moins de 3 UA du disque d'accrétion solaire, ce qui dépasserait d'un facteur 40 la masse d'eau nécessaire pour accréter l'équivalent de 50 hydrosphères terrestres (l'estimation la plus extrême de la teneur globale en H 2 O de la Terre ) par planète terrestre. Même si une grande partie de la nébuleuse H 2 O (g) peut être perdue en raison de l'environnement à haute température du disque d'accrétion, il est possible que la physisorption de H 2 O sur les grains en accrétion retienne près de trois hydrosphères terrestres de H 2 O à 500 Températures K (227 °C; 440 °F). Ce modèle d'adsorption éviterait efficacement le problème de disparité du rapport isotopique 187 Os / 188 Os du H 2 O de source distale . Cependant, la meilleure estimation actuelle du rapport D/H nébulaire estimé par spectroscopie avec le CH 4 atmosphérique jovien et saturnien n'est que de 2,1 × 10 -5 , un facteur 8 inférieur au rapport VSMOW de la Terre. On ne sait pas comment une telle différence pourrait exister, si la physisorption était effectivement la forme dominante d' accrétion de H 2 O pour la Terre en particulier et les planètes telluriques en général.