Utiliser Syracuse Lava pour comprendre les mondes métalliques
Rendu d’artiste de l’astéroïde métallique 16 Psyché. (Gracieuseté: Shutterstock)
En août 2022, la NASA se lancera dans une mission spatiale à 16 Psyche, un astéroïde métallique géant de 140 miles de diamètre situé dans la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. La NASA affirme que ce sera la première mission à étudier un corps planétaire en métal plutôt que ceux dominés par la roche et la glace, comme la Terre, la Lune ou Mars. Inspirés par cette mission historique, des chercheurs de l’Université de Syracuse et de l’État de Caroline du Nord ont collaboré pour étudier comment différents types de lave s’écouleraient sur un corps planétaire composé principalement de métal, comme 16 Psyché. L’équipe prévoit ensuite de partager les résultats publiés avec la NASA et d’autres enquêteurs intéressés par la mission de la NASA 2022 dans le «monde du métal».
Au fur et à mesure que la roche fondue, ou magma, des profondeurs de la Terre suinte à la surface de la planète, le flux de liquide chaud qui se déverse est alors appelé lave. La lave est l’un des matériaux fondamentaux qui crée et modifie les paysages sur les corps planétaires de notre système solaire. Les formes des paysages volcaniques sur Terre fournissent la base pour comprendre les éruptions sur d’autres planètes.
Malheureusement pour les scientifiques, il est difficile d’étudier les coulées de lave actives dans la nature en raison de l’imprévisibilité et du danger associés à la recherche à proximité d’une éruption. Mais les chercheurs d’A & S ont trouvé un moyen d’étudier la lave de manière plus sûre. Depuis 2009, le Syracuse Lava Project recrée des coulées de lave dans des conditions contrôlées sur le campus de l’Université de Syracuse en faisant fondre des roches à différentes températures à l’aide de fours. Ils créent des écoulements à l’échelle du mètre de lave basaltique fondue, la même lave noire qui recouvre le fond marin, Hawaï, l’Islande et d’autres terranes volcaniques sur Terre et d’autres planètes.
Lorsque la roche est fondue dans ces conditions extrêmes, les chercheurs du Syracuse Lava Project observent un matériau riche en fer se séparer de la lave basaltique fondue et s’enfoncer au fond du four en raison de sa densité plus élevée.
Dans un article récent publié dans Nature Communications, l’équipe a rapporté les résultats de ses expériences avec le «ferrovolcanisme», dans lequel les écoulements métalliques se séparent et interagissent avec les écoulements basaltiques les plus courants. Le groupe comprenait l’auteur principal Arianna Soldati, professeur adjoint de sciences marines, terrestres et atmosphériques à NC State, ainsi que des chercheurs de l’Université de Syracuse, dont James Farrell, chercheur postdoctoral; Bob Wysocki, professeur agrégé au College of Visual and Performing Arts; et Jeff Karson, professeur Jessie Page Heroy et directeur du département des sciences de la terre et de l’environnement.
L’équipe rapporte que les coulées de lave métalliques ont voyagé 10 fois plus vite et se sont répandues plus finement que les coulées basaltiques, se brisant en canaux tressés distinctifs. Le métal a également voyagé en grande partie sous l’écoulement basaltique de refroidissement, émergeant du bord d’attaque de l’écoulement composite.
«Bien qu’il s’agisse d’un projet pilote, il y a encore des choses que nous pouvons dire», dit Soldati. «S’il y avait des volcans sur 16 Psyché – ou sur un autre corps métallique – ils ne ressembleraient certainement pas au mont escarpé. Fuji, un volcan terrestre emblématique. Au lieu de cela, ils auraient probablement des pentes douces et de larges cônes. C’est ainsi qu’un volcan de fer serait construit – par des flux minces qui s’étendent sur de plus longues distances. «
Selon Karson, ce travail montre comment les matériaux fondus anticipés sur les surfaces planétaires peuvent interagir pour créer des «morphologies» d’écoulement distinctives. Ces différentes formes et textures de lave peuvent être liées à leurs densités, compositions et viscosités.
«Le volcanisme est l’un des processus de premier ordre qui façonne les surfaces planétaires», dit Karson. «Les écoulements de silicate fondu (par exemple, le basalte comme vu à Hawaï ou en Islande ou sur le fond marin) dominent sur Terre, mais d’autres matériaux en fusion peuvent être importants dans d’autres contextes. Des écoulements riches en fer fondu se sont probablement produits sur certains corps planétaires, mais n’ont pas encore été observés. Nos expériences montrent comment ils pourraient se comporter et le type de caractéristiques de surface qu’ils pourraient produire. »
Ils prévoient de poursuivre leurs recherches avec une série d’expériences plus tard cette année, soutenues par une subvention CUSE de l’Université de Syracuse pour documenter les variations des paramètres expérimentaux qui leur permettront d’observer comment la lave métallique pourrait se comporter pendant les processus éruptifs.