Naissance de notre système solaire

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1 Naissance de notre système solaire
Refs: Faure Geochemistry

2 Éléments > Fe: activation par
Fe: produit dans la dernière phase de fusion CNO Éléments > Fe: activation par neutrons Éléments fissionable Instable

3 Caractéristiques de l’abondance solaire
Les éléments qui ont des nombres atomiques pairs sont plus abondant que les éléments voisins aux nombres atomiques impairs (effet zigzag) Abondance extrême de H et He (> 99 wt%). Il existe une diminution exponentielle de l’abondance des éléments en fonction de l’augmentation du nombre atomique (jusqu’à Z=45). Certains éléments ont de faibles abondances. Les éléments adjacents à l’hélium dans le tableau périodique : Li (N=3), Be (N=4), B (N=5), Sc (N=21). Abondances élevées pour O (N=8), Fe (N=26) et Pb

4 Caractéristiques de l’abondance solaire
Les isotopes dont le nombre de masse est un multiple de 4 ont des abondances élevées. O (N=8). Remarque: l’isotope d’un élément contient un nombre variable de neutrons mais un nombre constant de protons. Les éléments dont le nombre atomique est supérieur à 50 (Z>50) ont de faibles abondances. Les éléments dont le nombre atomique est supérieur a 83 n’ont aucuns isotopes stables. Par contre, ces éléments existent dans la nature car ils proviennent de la désintégration d’isotopes radioactifs à longue demi-vie.

5 Au début . . . Nébuleuse solaire inter-stellaire composée de poussières et de gaz (6 milliards d’années) Forces de gravité, magnétique et électrique augmentent la densité puit T et P Augmentation de la rotation, formation du disque central Gradient thermique/pression vers l’interieur Première différenciation chimique

6 Condensation de la matière
1325° Oxides: CaO, Al2O, TiO, ÉTR (REE) 1025°  Fe et Ni métalliques 925°  Silicates de Mg et Fe: Enstatite [MgSiO3] et olivine [Fe,Mg)2SiO4] 725°  Métaux Alkalins + oxydes Al/Si = feldspaths [NaAlSi3O8] 400°  H2S + Fe = Troilite [FeS] 280°  H2O + Ca/Mg/Fe-silicates = amphiboles, serpentine <0°  H2O glace –100°  CO2 glace –125°  NH3· H2O – hydrate d’ammoniac –150°  CH4 · 7H2O – hydrate de méthane –180°  N2 –210°  Ar et CH4

7 Accrétion de matière Poussière des composés réfractaires (oxides, Fe, Ni) Les composés avec haute pression de vapeur vont aux extrémités du disque (H2, He, H2O, NH3, CH4) Accrétion des proto-planètes de matière solide (10 à 1000 km diamètre) par la gravité et l’attraction électrostatique Ignition du H dans le jeune soleil  super chaud Éjection de 25% de sa masse  vent de plasma solaire: p et e–  lavage des gaz de la nébuleuse solaire (H et He) vers l’extérieur

8 Formation des planètes terrestres  Mercure, Venus, Terre, Mars et les astéroïdes
Agglomération des proto-planètes en planètes Chacune ont un noyau de fer entouré d’un manteau silicaté Fusion par causée par la chaleur d’accrétion et désintégration radioactive Refroidissement par radiation et solidification Addition plus tard des phases volatiles (H2O, NH3, CO2) par la capture de comètes

9 Formation des planètes joviennes  Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton
Agglomération des proto-planètes de matière solide et formation des noyaux Condensation et accrétion des volatiles Addition plus tard des phases volatiles (H2O, NH3, CO2) par la capture de comètes

10 Distribution de masse

11 Le Soleil 92.1% H 7.8% He 0.1% d’éléments plus lourds – 70 éléments
Noyau millions K, 250 milliards atm Surface – 5800 K Émissions – photons + “vent” de p et e–

12 Mercure Visité par Mariner 10 en 1974-1975 Noyau Fe
Croûte très mince silicatée Pas de tectonique de plaques Atmosphère O, Na, H (créée par le vent solaire) Glace de H2O aux pôles dans l’ombre des cratères!

13 Venus Mariner 2 (1962) à Magellan (1989-94)
Noyau de fer, ½ de son diamètre, mais sans champ magnétique Manteau de roches, partiellement liquide et convectif Croûte silicatée avec volcanisme dans le passé - volcans de bouclier, (et peut-être aujourd’hui - SO2) Pas de cratère d’impact Surface peu ondulée, dunes de sable, vents légers Atmosphère: 90bar, CO2 (et H2SO4) mais sans H2O T à la surface = 450°C (effet de serre par CO2)

14 Terre Noyau de fer, +½ de son diamètre, avec un champ magnétique
Manteau de roche, partiellement liquide et convectif Croûte silicatée différentiée par le volcanisme et la tectonique des plaques Atmosphère: 1bar, N2, O2, H2O et CO2 T à la surface = 15°C (effet de serre par H2O)

15 Mars Mariner 4 (’65), Mars 2 et Viking (’76), Pathfinder (’97)
Noyau de fer et FeS ~½ diamètre de la planète Manteau de roches, partiellement liquide Croûte silicatée – roches volcaniques Tectonisme “verticale” par volcanisme sans plaques Atmosphère: 7 mbar de CO2 T à la surface = –55°C (–143 à 17°C) – pas d’effet de serre Calottes glacières (CO2 et H2O) aux pôles Preuves que l’intérieur contient de l’eau

16 Ceinture d’astéroïdes
Orbite entre Mars et Jupiter > découvertes, 26 > 200 km dia. Masse totale < masse de la lune. Solide, sans volatiles Ceres = 933 km dia, et 25% masse totale Type C – (75%) foncée, carbonatée avec composition du soleil (sans H, He) Type S – (17%) brillante, métaux-Fe/Ni avec silicates-Mg Type M – (6%) brillante, métaux-Fe/Ni Densité  1 (poreux, débris compactés?) Galileo visite Gaspra et Ida en 1991/93 NEAR orbite Eros (fev 2000) et atterri en fev 2001.

17 Jupiter Noyau rocheux 10 à 15 x la masse de la Terre, 20 000 K
Manteau de H liquide métallique (p et e– ionisés) 4 E6 bars Conducteur et source du champ magnétique Trop petit pour s’allumer (1/80 la masse H nécessaire) “Croûte” de H2 et He liquide (traces de H2O, CO2, CH4) Atmosphère de H2 et He (et gaz de S – patrons) 28 satellites (lunes) Anneaux rocheux, très minces, nourris par la poussière des lunes

18 Saturne Noyau rocheux, 12 000 K
Manteau de H liquide métallique (p et e– ionisés) (comme Jupiter) Atmosphère de H2 et He (75:25) liquide/gaz avec traces de H2O, CO2 30 satellites (lunes) Anneaux km de large et très minces (<1 km) composés de H2O glace

19 Uranus Visité par Voyager 2 - Jan 24 1986
3ème plus grande planète en diamètre Noyau liquide de H2O, CH4 et NH3 et d’autres matériaux plus dense vers l’intérieur. Pas de croûte Atmosphère de 83% H2, 15% He et 2% CH4 (bleu) T = 76 K (à pression de 1 bar) 21 lunes, 11 anneaux de poussière

20 Neptune Visité par Voyager 2 - Aug 25 1989.
4ème plus grande planète en diamètre, mais 3ème en masse Atmosphère très profonde, composée de 79% H2, 18% He et 3% CH4 (bleu) Noyau liquide de H2O et d’autres matériaux plus denses, diamètre = Terre. Pas de croûte T = 73 K (à pression de 1 bar) 8 lunes, 4 anneaux de poussière

21 Pluton Jamais visité Planète la plus petite ( x masse de la Terre) Atmosphère très profonde, composée de 79% H2, 18% He et 3% CH4 (bleu) Noyau rocheux avec manteau liquide de H2O Mince croûte de CH4 gelée avec de N2 et CO Atmosphère saisonale, (pression de 1 E–6 bar) T = 57.8 K 1 lune – Charron (H2O glace?), double planète?

22 Comètes Noyau solide et stable, de H2O glace et poussière et d’autres solides Coma (atmosphère) –nuage d’eau, CO2 et d’autres gaz sublimé du noyau Nuage d’H2(106 km diamètre Queue de poussière (long de 10 millions km) Queue ionique (long de 100s millions km) composée de plasma causée par le vent solaire Provient du nuage Oort, aux extrémités du système solaire (trillions de comètes, mass de Jupiter??)