Des chercheurs du CRPG, Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CNRS et Université de Lorraine) ont réalisé une étude mettant en avant un dégazage intense ayant eu lieu aux alentours de 2,5 milliards d’année qui a pu conduire à l’oxygénation de l’atmosphère, cruciale pour l’évolution de la vie. Basée sur des mesures de haute précision grâce à un traceur paléoatmosphérique, cette étude s’appuie sur un gaz rare contenu dans des roches anciennes. Leur étude a été publiée dans Nature jeudi 21 novembre 2019.
Un équilibre maintenu, nécessaire à l’habitabilité de notre planète
Les éléments volatils tels que l’eau, le dioxyde de carbone, les halogènes, les gaz nobles etc., piégés à l’intérieur de la Terre sont injectés dans l’atmosphère lors des éruptions volcaniques. L’accumulation de ces gaz au cours des temps géologiques a été cruciale pour la formation et l’évolution de l’atmosphère terrestre et des océans, permettant ainsi le développement de la vie. Les flux gazeux de ces éléments du manteau terrestre vers la surface sont compensés par leur retour en profondeur lors de la subduction de la croûte océanique. L’équilibre entre les flux sortants et entrants a permis de maintenir les conditions nécessaires à l’habitabilité de notre planète. Cependant, cet équilibre est parfois bouleversé lorsque de grandes quantités de gaz sont libérées lors de phénomènes volcaniques extrêmes comme les éruptions. Les flux de gaz volcaniques peuvent être observés en temps réel, mais les flux passés sont beaucoup plus difficiles à analyser.
Un gaz rare stocké dans les roches comme témoin de l’effet produit sur l’atmosphère
Cette nouvelle étude publiée dans Nature propose d’analyser la composition de l’atmosphère ancienne, piégée dans des roches et minéraux formés il y a plusieurs milliards d’années. Pour se faire, les chercheurs du CRPG ont analysé les données obtenues sur un traceur de haute précision piégé dans des roches et minéraux anciens. Le xénon, écrit « Xe » sur le célèbre tableau de Mendeleïev, est composé de 9 formes ayant chacune des propriétés physiques différentes que l’on nomme « isotopes ». Parmi eux, le xénon-129 est enrichi dans le manteau terrestre par rapport à l’atmosphère. L’analyse de la roche montre que les échantillons d’atmosphère ancienne contiennent moins de xénon-129, car le dégazage volcanique plus récent a enrichi l’atmosphère en cet isotope au cours du temps.
Cependant, le déficit de xénon-129 observé dans les échantillons anciens requiert des taux de dégazage volcanique passés bien plus importants, de un à deux ordres de grandeur par rapport à l’actuel. De plus, les flux et donc le déficit de xénon-129 était à peu près constant entre 3,3 et 2,7 milliards d’années, puis a augmenté rapidement aux alentours de 2,4 milliards d’années (période de transition entre les ères Archéenne et Protérozoïque.
L’impact de l’évolution du volcanisme sur les émissions de gaz à effet de serre
Les flux dus aux mouvements de la tectonique des plaques ne suffisent pas à entrainer un dégazage extrême sur un temps si bref et ne permet pas d’évacuer la chaleur assez vite. L’hypothèse scientifique est d’envisager un régime thermique transitoire durant lequel le manteau évacue la chaleur en excès via magmatisme (et dégazage) intense, puis se refroidit pour revenir au régime de tectonique des plaques dans lequel nous vivons aujourd’hui. En analysant ces flux passés, l’étude montre que ces derniers étaient plus forts qu’aujourd’hui et cette transition a peut être a provoqué un changement environnemental majeur, l'oxygénation de l’atmosphère, ou « Great Oxygenation Event ».
L’impact de l’activité humaine sur notre atmosphère
Cette étude souligne l’impact du volcanisme global sur l’atmosphère et l’environnement. Elle pourrait nous aider à mieux cerner les effets d’injection massive de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, tels que ceux émis actuellement. En effet, la quantité de gaz à effet de serre que nous émettons est comparable à celles d’il y a 2,5 milliards d’années, période de changement environnemental majeur.
L’étude publiée dans Nature est le résultat d’une collaboration entre les chercheurs du CRPG : Bernard Marty, professeur à l’Université de Lorraine, chercheur au CRPG, et membre IUF Senior, Michael Broadley, chercheur post-doctorant CNRS, David Bekaert, doctorant UL, et Claude Jaupart, de l’Institut de Physique du Globe de Paris. Ces travaux de recherche ont été réalisés dans le cadre de l’ERC Advanced Grant Photonis.
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• Bernard Marty, professeur à l'Université de Lorraine, membre IUF Senior
• CRPG
Légende de la photo : inclusions fluides contenues dans du quartz âgé de 3.5 milliards d’années.