Une étude, dont les résultats intitulés «Impact vaporization of planetesimal cores in the late stages of planet formation» ont été publiés dans la revue Nature Geoscience, a permis, grâce à la 'Z machine', de faire apparaître qu'à l'Hadéen, lors des impacts accompagnant le processus d’accrétion à l’origine de la Terre et de la Lune, le fer pouvait se vaporiser à plus basse pression qu’on ne le pensait jusqu'ici.

Rappelons tout d'abord que le scénario standard expliquant la formation de la Terre indique que «le fer, contenu initialement dans les météorites et astéroïdes responsables du processus d’accrétion qui a fait croître sa masse rapidement, a migré vers le cœur de la Planète en quelques dizaines de millions d’années environ».

Ce scénario soulève cependant un problème car «les estimations du contenu résiduel en fer du manteau de la Terre, et surtout en éléments hautement sidérophiles (HSE, pour highly siderophile elements en anglais)» entrent en contradiction avec celui-ci: en effet, il y a trop de HSE («de 10 à 100 fois la valeur prédite»).

Pour tenter de sortir de cette difficulté, on faisait «intervenir le fameux Grand Bombardement tardif qui s’est produit il y a environ 4 milliards d’années» en imaginant qu'un apport tardif de HSE «sous forme d’astéroïdes et de petits corps célestes s’est produit alors que la Terre était plus froide» ce qui justifierait qu'on les retrouve dans le manteau. Malheureusement, comme «la même chose aurait dû se produire avec la Lune alors que ce n’est pas le cas», ce nouveau scénario ne tient pas.

L'étude ici présentée a cherché à résoudre cette énigme en déterminant quel est le point de vaporisation du fer à hautes pressions, grâce à la Z machine, car, jusqu'à présent, on ne le connaissait que de façon théorique.

Pour cela «des plaques de fer de 5 millimètres carrés et épaisses de 200 microns ont donc été bombardées par des disques d’aluminium», accélérés à 25 km/s «grâce aux puissants champs magnétiques de la Z machine» de sorte que «sous l’action des ondes de choc produites par les collisions, le fer comprimé s’échauffe puis se vaporise». Il est ainsi apparu «qu'il suffisait d’atteindre des pressions de 507 gigapascals (GPa) et non pas de 887 GPa pour vaporiser le fer».

Les conséquences de cette observation sont considérables sur le processus d’accrétion et de différenciation de la Terre «puisqu’une partie non négligeable du fer devait en fait se retrouver sous forme de gaz pendant le processus d’accrétion». Cette atmosphère riche en fer gazeux, qui entourait la Terre, devait donner, en se refroidissant, des pluies sur la surface de notre Planète en formation, ce qui explique «qu’une partie du fer et des HSE ne s'est pas retrouvée piégée dans son noyau».

De plus, dans le cas de la Lune, «du fait de son champ de gravité plus faible, le fer s’est littéralement évaporé dans l’espace malgré l’apport du Grand Bombardement tardif».

Ainsi, cette étude, qui montre qu'il est très facile de vaporiser le fer lors d’impacts, remet en cause la façon actuelle de concevoir la genèse des planètes. En particulier, les petites gouttelettes de pluies de fer, qui se sont mélangées «facilement au manteau», transforment l'interprétation des données géochimiques utilisées «pour dater la formation du noyau de la Terre ».