Des roches vieilles de plus de 4 milliards d'années gardent la mémoire de l'atmosphère terrestre précoce

Mercredi, 14 janvier 2015

L’analyse chimique de certaines des plus vieilles roches sédimentaires au monde, réalisée par une équipe internationale(*) dirigée par une chercheuse du Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques de Nancy (CNRS/Université de Lorraine) a permis d’obtenir les données les plus anciennes dont nous disposons sur l’atmosphère terrestre. Les résultats de cette analyse révèlent qu’il y a plus de quatre milliards d’années, la composition de l'atmosphère était très semblable à celle qui existait un milliard d’années plus tard, quand se développait à la surface de notre planète, une biosphère microbienne florissante à l’origine de la diversité de la vie que l’on trouve aujourd’hui sur la Terre.
Les résultats de cette étude, publiés récemment en ligne dans la revue spécialisée Proceedings of the National Academy of Sciences, pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre les origines et l’évolution de la vie sur la planète. Jusqu’à tout récemment, les chercheurs ne disposaient que de modèles informatiques très diversifiés des premières caractéristiques de l’atmosphère.


Cette nouvelle étude s’appuie sur des travaux de 2008 qui avaient démontré que des roches présentes le long de la côte de la baie d’Hudson dans le nord du Québec, dans une région appelée ceinture de roches vertes du Nuvvuagittuq, avaient été déposées sous forme de sédiments il y a plus de 4,3 milliards d’années, soit quelques centaines de millions d’années seulement après la formation de la Terre.

Dans le cadre de cette nouvelle étude, une équipe impliquant des chercheurs du CRPG (Nancy), de l'IPGP (Paris) et de l’Université McGill (Montréal) a eu recours à la spectrométrie de masse afin de mesurer la quantité de différents isotopes du soufre dans des roches de la ceinture du Nuvvuagittuq. Les résultats ont permis aux scientifiques de déterminer que le soufre contenu dans les plus anciens sédiments terrestres provient de l’atmosphère primitive, riche en gaz volcanique soufré. Les compositions particulières du soufre révélées par cette étude démontrent qu’à l’époque, l’air était extrêmement pauvre en oxygène comparativement à aujourd’hui et aurait pu contenir davantage de méthane et de dioxyde de carbone (soit des concentrations inférieures à 0,001% de la concentration d'oxygène actuelle, et des pressions partielles de méthane et de CO2 respectivement équivalentes à 0.001 et 0.1 bars)

Pour les auteurs, la composition isotopique des roches analysées révèle que les cycles atmosphériques il y a plus de 3,8 milliards d'années ressemblaient à ceux déjà mis en évidence par la composition isotpique de roches plus jeunes d’un à deux milliards d’années, provenant d’Afrique du Sud et d’Australie. Or, les roches plus jeunes, renferment des signes évidents de vie microbienne...

Il existe diverses façons d’interpréter la similitude de composition entre les roches plus jeunes d'Afrique du sud et d'Australie" et celles plus anciennes encore de la ceinture canadienne du Nuvvuagittuq. Selon l’une de ces interprétations, la biologie a contrôlé la composition de l’atmosphère au début de l’existence de la Terre, par le développement rapide de biosphères microbiennes semblables produisant les mêmes gaz atmosphériques au cours des périodes considérées respectivement comme l’enfance et l’adolescence de la Terre. Toutefois, nous on ne peut écarter la possibilité que la géologie ait joué le principal rôle dans la détermination de la composition de l’air primitif du fait des gigantesques éruptions volcaniques capables de produire de façon répétée des gaz en quantité beaucoup plus importante que la faible production biologique de gaz.

L’équipe de recherche poursuit maintenant ses travaux afin de tenter de déterminer si les données probantes dont elle dispose permettent d’étayer l’hypothèse « biologique » ou « géologique », ou une combinaison des deux. Dans un cas comme dans l’autre, l’étude actuelle montre que les sédiments du Nuvvuagittuq portent la mémoire de l’environnement de la surface terrestre au tout début de l’existence de notre planète, il y a 4,3 milliards d’années. Fait surprenant, cette mémoire semble compatible avec une surface terrestre apte à accueillir la vie. L’équipe étudie également les sédiments de l’Archéen précoce dans d’autres localités au Canada. Dans ce but, les géologues Nancéen ont mené, en Aout 2012, une expédition scientifique sur la côte du Labrador rapportant une collection exceptionnelle de roches parmi les plus anciennes.

Cette étude a été financée par la région de la Lorraine, (Bourses régionales soutient aux jeunes chercheurses), le Centre National de la Recherche Scientifique (via le programme EPOV, “Environnements planétaires et origines de la vie”) ainsi que par le conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et l’Agence spatiale canadienne.

Pour en savoir plus: 

Le blog de la mission au Labrador (www.saglek-expedition.org).
Un document de vulgarisation scientifique réalisé par la chaine history channel et disponible en ligne vous permettra d'admirer la ceinture de roche vertes de Nuvvuagittuq (How the Earth was made : www.youtube.com/watch?v=OX_mhGTc81c).

Source(s): 

Atmospheric record in the Hadean Eon from multiple sulfur isotope measurements in Nuvvuagittuq Greenstone Belt (Nunavik, Quebec), E. Thomassot, J. O’Neil, D. Francis, P. Cartigny et B. A. Wing, sera publié dans le prochain numero des Proceedings of the National Academy of Sciences.
www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1419681112

Contact(s):
  • Emilie Thomassot, CRPG (CNRS/Université de Lorraine)
    emilie [at] crpg [dot] cnrs-nancy [dot] fr, 03 83 59 42 24
  • Pierre Cartigny, IPGP (CNRS, Paris Diderot, PRES Sorbonne Paris Cité)
    cartigny [at] ipgp [dot] fr, 0183957511

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