Une étude, dont les résultats intitulés «Core formation and core composition from coupled geochemical and geophysical constraints» ont été publiés dans la revue PNAS, suggère que la Terre se serait accrétée et différenciée dans un environnement plus riche en oxygène qu’on ne le pensait, et plus oxydé que ne l’est le manteau actuel de sorte que l'oxygène manquant aujourd’hui dans le manteau, aurait été entrainé par le fer en fusion vers le centre du globe, lors de la formation du noyau.

Rappelons tout d'abord, qu'il y a plus de 50 ans Birch a découvert, «en comparant les vitesses de propagation des ondes sismiques dans le noyau terrestre avec les données expérimentales», que ce noyau «était plus léger que le fer pur». Cette observation pose le problème de l'identification des éléments légers qui entrent dans la composition du noyau et de l'évaluation de leur quantité.

Comme «dans les années 60, Ringwood a montré que le manteau était déficitaire en éléments sidérophiles, c’est-à-dire en éléments chimiques qui aiment s’allier au fer», il a conclut «que ce déficit était l’empreinte de la formation du noyau sur la géochimie du manteau».

En vue de rechercher «les modèles de formation de noyau qui expliquent ces appauvrissements chimiques du manteau», l'équipe responsable de l'étude ici présentée avait pu calculer par «simulation de dynamique moléculaire ab initio» en 2014 «les densités et vitesses de propagations d’ondes dans le noyau métallique fondu en fonction de sa teneur en éléments légers». Maintenant, ce travail combine, pour la première fois, en vue de trouver les conditions de genèse du noyau, les contraintes géophysiques et géochimiques.

Plus précisément, «des expériences en cellule à enclumes en diamants chauffée par laser ont permis de soumettre un mélange d’un liquide silicaté et d’un liquide métallique (représentatifs respectivement du manteau primitif et du noyau terrestre) aux conditions extrêmes de pressions et températures régnant dans les intérieurs planétaires et plus particulièrement dans le manteau terrestre primitif en fusion (océan de magma)».

La quantification du «partage des éléments traces sidérophiles entre métal et silicate» a pu être effectuée grâce aux «analyses réalisées après récupération des échantillons avec les techniques analytiques les plus fines (microscopie à faisceau d’ions focalisés, microscopie à balayage par canon à effet de champs, microsonde haute résolution)».

La combinaison des deux approches, amène à conclure, «en ne gardant que les modèles de formation et de composition du noyau qui satisfont à la fois la géochimie et la géophysique», que le noyau s’est formé à partir d’un 'océan de magma', «profond d’environ 1500 km et très chaud (4000 °C), mais surtout plus oxydé que le manteau actuel», correspondant à «la partie externe du manteau qui était totalement fondue».

Il résulte de ce scénario, qui va à l’encontre de celui accepté à ce jour partant d'un «manteau très réduit» que «l’oxygène 'en trop' se serait dissout dans le noyau, qui contient donc en plus du fer et du nickel, majoritairement de l’oxygène» et du silicium en proportion appauvrie.