Lorsqu'ils recherchent des planètes extra-solaires potentiellement habitables, les scientifiques sont quelque peu limités par le fait que nous ne connaissons qu'une seule planète où la vie existe (c'est-à-dire la Terre). Pour cette raison, les scientifiques recherchent des planètes terrestres (c.-à-d. Rocheuses), en orbite dans les zones habitables de leur étoile, et montrent des signes de biosignatures telles que le dioxyde de carbone atmosphérique - qui est essentiel à la vie telle que nous la connaissons.
Ce gaz, qui est en grande partie le résultat de l'activité volcanique ici sur Terre, augmente la chaleur de surface grâce à l'effet de serre et les cycles entre le sous-sol et l'atmosphère par le biais de processus naturels. Pour cette raison, les scientifiques pensent depuis longtemps que la tectonique des plaques est essentielle à l'habitabilité. Cependant, selon une nouvelle étude d'une équipe de la Pennsylvania State University, ce n'est peut-être pas le cas.
L'étude, intitulée «Carbon Cycling and Habitability of Earth-Sized Stagnant Lid Planets», a récemment été publiée dans la revue scientifique Astrobiologie. L'étude a été menée par Bradford J. Foley et Andrew J. Smye, deux professeurs adjoints du département de géosciences de la Pennsylvania State University.
Sur Terre, le volcanisme est le résultat de la tectonique des plaques et se produit là où deux plaques entrent en collision. Cela provoque une subduction, où une plaque est poussée sous l'autre et plus profondément dans le sous-sol. Cette subduction transforme le manteau dense en magma flottant, qui monte à travers la croûte jusqu'à la surface de la Terre et crée des volcans. Ce processus peut également faciliter le cycle du carbone en poussant le carbone dans le manteau.
On pense que la tectonique des plaques et le volcanisme ont été au cœur de l'émergence de la vie ici sur Terre, car ils ont assuré que notre planète avait suffisamment de chaleur pour maintenir l'eau liquide à sa surface. Pour tester cette théorie, les professeurs Foley et Smye ont créé des modèles pour déterminer à quel point une planète semblable à la Terre serait habitable sans la présence de tectonique des plaques.
Ces modèles ont pris en compte l'évolution thermique, la production crustale et le CO2 faire du vélo pour limiter l'habitabilité des planètes paupières rocheuses de la taille de la Terre. Ce sont des planètes où la croûte se compose d'une seule plaque sphérique géante flottant sur le manteau, plutôt qu'en morceaux séparés. On pense que ces planètes sont beaucoup plus courantes que les planètes qui connaissent la tectonique des plaques, car aucune planète au-delà de la Terre n'a encore été confirmée comme ayant des plaques tectoniques. Comme le professeur Foley l'a expliqué dans un communiqué de presse de Penn State News:
«Le volcanisme libère des gaz dans l'atmosphère, puis par les intempéries, le dioxyde de carbone est extrait de l'atmosphère et séquestré dans les roches de surface et les sédiments. Équilibrer ces deux processus maintient le dioxyde de carbone à un certain niveau dans l'atmosphère, ce qui est vraiment important pour savoir si le climat reste tempéré et adapté à la vie. »
Essentiellement, leurs modèles ont pris en compte la quantité de chaleur que le climat d’une planète à couvercle stagnant pouvait retenir en fonction de la quantité de chaleur et d’éléments producteurs de chaleur présents lors de la formation de la planète (alias son budget de chaleur initial). Sur Terre, ces éléments comprennent l'uranium qui produit du thorium et de la chaleur lorsqu'il se désintègre, qui se désintègre ensuite pour produire du potassium et de la chaleur.
Après avoir exécuté des centaines de simulations, qui ont fait varier la taille et la composition chimique de la planète, ils ont découvert que les planètes paupières stagnantes seraient capables de maintenir des températures suffisamment chaudes pour que de l'eau liquide puisse exister à leur surface pendant des milliards d'années. Dans des cas extrêmes, ils pourraient maintenir des températures vitales jusqu'à 4 milliards d'années, ce qui est presque l'âge de la Terre.
Comme Smye l'a indiqué, cela est dû en partie au fait que la tectonique des plaques n'est pas toujours nécessaire à l'activité volcanique:
"Il y a encore du volcanisme sur les planètes paupières stagnantes, mais sa durée de vie est beaucoup plus courte que sur les planètes à tectonique des plaques car il n'y a pas autant de cycles. Les volcans entraînent une succession de coulées de lave, qui sont enterrées comme des couches de gâteau au fil du temps. Les roches et les sédiments se réchauffent plus ils sont enfouis. »
Les chercheurs ont également découvert que sans tectonique des plaques, les planètes à couvercle stagnant pourraient encore avoir suffisamment de chaleur et de pression pour subir un dégazage, où le dioxyde de carbone gazeux peut s'échapper des roches et remonter à la surface. Sur Terre, selon Smye, le même processus se produit avec l'eau dans les zones de faille de subduction. Ce processus augmente en fonction de la quantité d'éléments producteurs de chaleur présents sur la planète. Comme l'explique Foley:
"Il y a une zone idéale où une planète libère suffisamment de dioxyde de carbone pour empêcher la planète de geler, mais pas tellement que les intempéries ne peuvent pas extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère et maintenir le climat tempéré."
Selon le modèle des chercheurs, la présence et la quantité d'éléments produisant de la chaleur étaient de bien meilleurs indicateurs du potentiel d'une planète pour maintenir la vie. Sur la base de leurs simulations, ils ont découvert que la composition ou la taille initiale d'une planète est très importante pour déterminer si elle deviendra ou non habitable. Ou, comme ils le disent, l'habitabilité potentielle d'une planète est déterminée à la naissance.
En démontrant que les planètes paupières stagnantes pourraient encore soutenir la vie, cette étude a le potentiel d'étendre considérablement la gamme de ce que les scientifiques considèrent comme potentiellement habitable. Lorsque le télescope spatial James Webb (JWST) est déployé en 2021, il examine les atmosphères des planètes paupières stagnantes pour déterminer la présence de biosignatures (comme le CO2) sera un objectif scientifique majeur.
Savoir que plus de ces mondes pourraient soutenir la vie est certainement une bonne nouvelle pour ceux qui espèrent que nous trouverons des preuves de la vie extraterrestre de notre vivant.
