Des travaux, dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature Geoscience, ont permis de découvrir que le niobium et le tantale constituent d'excellents indicateurs «de la quantité d'oxygène présente pendant la formation des planètes». Ils témoignent, en particulier, «des conditions de formation de la Terre au moment de son accrétion».

La formation des planètes, qui «fut un processus complexe combinant condensation, collision et accrétion», impliquant les chondrites, des corps non différenciés, a été accompagnée «de grandes étapes de différenciation chimique.

Dans le cadre de ce processus, «les proportions des éléments constituant les roches du manteau et de la croûte (réfractaires lithophiles de la Terre silicatée) sont censées être identiques aux proportions des météorites chondritiques», car, «une fois condensés, les éléments réfractaires ne sont pas affectés par les phénomènes de vaporisation», tandis que «les éléments lithophiles (ayant une affinité pour la partie rocheuse des planètes, les silicates) ne sont, pour leur part, «pas affectés par la formation des noyaux métalliques».

Le niobium (Nb) et le tantale (Ta), tous les deux «classés parmi les éléments réfractaires et lithophiles» et ayant la même structure électronique et le même rayon ionique, sont connus pour exister, dans les systèmes géologiques ou magmatiques, «uniquement sous leur forme pentavalente: Nb5+ et Ta5+».

Ces caractéristiques spécifiques font que ces deux éléments, qui «se comportent de manière identique lors des processus magmatiques (fusion, cristallisation)», sont appelés les 'jumeaux géochimiques'.

Cependant, comme «le rapport Nb/Ta de la terre silicatée (manteau + croûte) est nettement inférieur à la valeur mesurée dans les chondrites, indiquant qu’un processus a fractionné le niobium par rapport au tantale lors de l’histoire primitive de la Terre», ce paradoxe, désigné par l'expression 'paradoxe du niobium', a longtemps entretenu un débat.

Afin de comprendre le rôle de l'oxygène dans le «comportement du Nb et du Ta lors de la séparation noyau – silicate», l'étude ici présentée a soumis «sur la presse multi-enclume (instrument national de l’INSU)», un matériel chondritique «à des conditions similaires aux conditions des planètes primitives: haute pression, haute température, et pression d’oxygène (conditions rédox) contrôlées et variables».

Grâce au balayage d'une «large gamme de conditions rédox», il est apparu «que la fugacité d’oxygène contrôle totalement le comportement du niobium et du tantale contrairement à ce qui était suggéré avant».

Comme «Nb et Ta préfèrent entrer dans la phase métal, donc le noyau, en conditions réductrices, mais le deviennent à des fugacités d’oxygène différentes», une grande différence de comportement entre le Nb et le Ta est induite «aux conditions rédox supposées des premières étapes de formation de la Terre».

Ces mesures, intégrées à un modèle, «prouvent que le rapport Nb/Ta de la Terre, inférieur à celui des chondrites, ne peut être expliqué qu’en invoquant une accrétion hétérogène, commençant par de petits impacteurs extrêmement réduits (similaires aux chondrites à enstatites) et s’achevant avec de gros impacteurs plus oxydés (similaires aux chondrites ordinaires)», confirmant de la sorte «que l’accrétion de la Terre s'est d'abord faite dans des conditions très réductrices, et s'est achevée avec des impacteurs plus oxydés».

En outre, ces précieuses données apportent désormais «de nouvelles contraintes à la compréhension du système Terre-Lune, de la planète Mars et de l’astéroïde 4-Vesta».