Une étude, dont les résultats intitulés «Copper isotope evidence for large-scale sulphide fractionation during Earth’s differentiation» ont été publiés dans la revue Geochemical Perspective Letters, a permis d'apporter, pour la première fois, la preuve chimique de la présence de soufre dans le noyau de la Terre, grâce à l'analyse des isotopes du cuivre de différentes roches de la croûte et du manteau terrestre.

Alors que des hypothèses «postulent qu'un certain nombre d'éléments plus légers, tels que le carbone, l'oxygène, le silicium ou le soufre existent dans le noyau» situé «à 2900 kilomètres sous la surface de la Terre», il est impossible d'avoir accès directement à des échantillons physiques pour le vérifier.

Cependant, il est envisageable de déterminer malgré tout la composition du noyau en suivant, par exemple, «les traces laissées par différents composés dans la chimie du manteau de la Terre lorsqu'ils ont migré au centre de notre planète» pour le former.

Mais comme le soufre est trop volatil (puisqu'il passe facilement à un état gazeux) «pour laisser ce type d'empreintes», l'étude ici présentée a fait appel au cuivre, un élément chimique qui «se rencontre fréquemment en association avec le soufre», pour «retracer la destinée du soufre jusqu'au noyau terrestre».

Ainsi, «un grand nombre d'échantillons de laves issues du manteau et de roches de la croûte terrestre» ont été regroupés «pour en déterminer la composition isotopique en cuivre» et évaluer «la composition du manteau terrestre». Ces mesures ont ensuite été comparées à la composition isotopique des météorites qui «représentent la Terre dans son ensemble, comme si elle n'avait pas été différenciée en un manteau et en un noyau».

Il est alors apparu «que le manteau terrestre était appauvri en isotopes légers du cuivre par rapport aux météorites» ce qui peut être interprété comme «la conséquence de la séparation d'un liquide sulfuré (riche en isotopes légers du cuivre) des autres composants chimiques à la fin de la cristallisation du manteau terrestre».

Plus lourd que le reste du manteau, ce liquide sulfuré aurait donc «plongé à la base du manteau et se serait ensuite mélangé avec le noyau terrestre». La différence de composition isotopique entre le manteau et le noyau, permet d'avancer «que la quantité de liquide sulfuré qui s'est retiré du manteau représente 0,5% du noyau».

Pour valider ces résultats, une série d'expériences en laboratoire a été réalisée: plus précisément, la composition chimique de la Terre a été reconstituée et «soumise aux mêmes conditions de température et de pression que celles existant lors de la séparation du noyau et du manteau».

L'analyse de la composition isotopique des matériaux (sulfures et silicate) produit lors de ces expériences a alors bien confirmé la validité de «l'hypothèse qu'un liquide sulfuré s'est bien séparé des composants du manteau de la Terre primitive».

Cette méthode originale de suivi du cuivre qui a apporté une preuve de la présence de soufre dans le noyau terrestre, pourra être adaptée à d'autres planètes comme Mars, lorsque «des échantillons d'autres manteaux planétaires seront disponibles pour les comparaisons».