La Terre antique était un monde aquatique | Science

Par Paul Voosen9 mars 2021 à 09h00

À travers les âges, le niveau de la mer a augmenté et baissé avec les températures, mais on a toujours supposé que l’eau de surface totale de la Terre était constante. Aujourd’hui, il est de plus en plus évident qu’il y a 3 à 4 milliards d’années, les océans de la planète contenaient près de deux fois plus d’eau – assez pour submerger les continents d’aujourd’hui au-dessus du sommet du mont Everest. L’inondation aurait pu amorcer le moteur de la tectonique des plaques et rendre plus difficile le démarrage de la vie sur terre.

On pense que les roches du manteau actuel, l’épaisse couche de roche sous la croûte, séquestrent la valeur de l’eau d’un océan ou plus dans leurs structures minérales. Mais au début de l’histoire de la Terre, le manteau, réchauffé par la radioactivité, était quatre fois plus chaud. Des travaux récents utilisant des presses hydrauliques ont montré que de nombreux minéraux seraient incapables de retenir autant d’hydrogène et d’oxygène aux températures et pressions du manteau. «Cela suggère que l’eau devait être ailleurs», déclare Junjie Dong, un étudiant diplômé en physique minérale à l’Université de Harvard qui a dirigé un modèle basé sur ces expériences de laboratoire, publié aujourd’hui dans Avances AGU. «Et le réservoir le plus probable est la surface.»

Le document a un sens intuitif, dit Michael Walter, un pétrologue expérimental à la Carnegie Institution for Science. «C’est une idée simple qui pourrait avoir des implications importantes.»

Deux minéraux trouvés profondément dans le manteau stockent aujourd’hui une grande partie de son eau: la wadsleyite et la ringwoodite, des variantes à haute pression de l’olivine minérale volcanique. Les roches riches en ces minéraux représentent 7% de la masse de la planète, et bien que seulement 2% de leur poids soit de l’eau aujourd’hui, «un peu représente beaucoup», explique Steven Jacobsen, un minéralogiste expérimental à la Northwestern University.

Jacobsen et d’autres ont créé ces minéraux du manteau en pressant des poudres de roche dans des dizaines de milliers d’atmosphères et en les chauffant à 1600 ° C ou plus. L’équipe de Dong a assemblé les expériences pour montrer que la wadsleyite et la ringwoodite retiennent légèrement moins d’eau à des températures plus élevées. De plus, l’équipe prédit que, à mesure que le manteau se refroidirait, ces minéraux eux-mêmes deviendraient plus abondants, ce qui augmenterait leur capacité à absorber l’eau avec le vieillissement de la Terre.

Les expériences ne sont pas les seules à suggérer une planète liée à l’eau. «Il existe des preuves géologiques assez claires», explique Benjamin Johnson, géochimiste à l’Iowa State University. Les concentrations de titane dans des cristaux de zircon vieux de 4 milliards d’années d’Australie occidentale suggèrent qu’ils se sont formés sous l’eau. Et certaines des plus anciennes roches connues sur Terre, des formations vieilles de 3 milliards d’années en Australie et au Groenland, sont des basaltes en coussin, des roches bulbeuses qui ne se forment que lorsque le magma se refroidit sous l’eau.

Les travaux de Johnson et Boswell Wing, géobiologiste à l’Université du Colorado, à Boulder, offrent plus de preuves. Les échantillons d’un morceau de croûte océanique vieux de 3,24 milliards d’années laissé sur le continent australien étaient beaucoup plus riches en isotope d’oxygène lourd que les océans actuels. Parce que l’eau perd ce lourd oxygène lorsque la pluie réagit avec la croûte continentale pour former des argiles, son abondance dans l’océan ancien suggère que les continents avaient à peine émergé à ce moment-là, Johnson et Wing ont conclu dans un 2020 Géoscience de la nature étudier. Cette découverte ne signifie pas nécessairement que les océans étaient plus grands, note Johnson, mais: «Il est plus facile d’avoir des continents submergés si les océans sont plus grands.»

Bien que l’océan plus vaste aurait rendu plus difficile pour les continents de se tenir le cou, cela pourrait expliquer pourquoi ils semblent avoir été en mouvement au début de l’histoire de la Terre, dit Rebecca Fischer, pétrologue expérimentale à Harvard et co-auteur du Avances AGU étudier. Des océans plus grands auraient pu aider à déclencher la tectonique des plaques car l’eau pénétrait les fractures et affaiblissait la croûte, créant des zones de subduction où une plaque de croûte glissait sous une autre. Et une fois qu’une dalle subductrice a commencé sa plongée, le manteau plus sec, intrinsèquement plus solide, aurait aidé à plier la dalle, garantissant que sa plongée se poursuivrait, explique Jun Korenaga, géophysicien à l’Université de Yale. «Si vous ne pouvez pas plier les plaques, vous ne pouvez pas avoir de tectonique des plaques.»

Selon Thomas Carell, biochimiste à l’Université Ludwig Maximilian de Munich, les preuves de plus grands océans remettent en question des scénarios sur la façon dont la vie a commencé sur Terre. Certains chercheurs pensent qu’il a commencé à des évents hydrothermaux riches en nutriments dans l’océan, tandis que d’autres préfèrent les étangs peu profonds sur la terre ferme, qui se seraient fréquemment évaporés, créant un bain concentré de produits chimiques.

Un océan plus grand exacerbe la plus grande attaque contre le scénario sous-marin: que l’océan lui-même aurait dilué toutes les biomolécules naissantes à l’insignifiance. Mais en noyant la plupart des terres, cela complique également le scénario de l’étang mince. Carell, un défenseur des étangs, dit à la lumière du nouveau document, qu’il envisage maintenant un lieu de naissance différent pour la vie: des poches abritées et aqueuses dans les roches océaniques qui ont brisé la surface des monts sous-marins volcaniques. «Peut-être que nous avions de petites grottes dans lesquelles tout s’est passé», dit-il.

L’ancien monde aquatique rappelle également à quel point l’évolution de la Terre est conditionnelle. La planète était probablement desséchée jusqu’à ce que des astéroïdes riches en eau la bombardent peu de temps après sa naissance. Si les astéroïdes avaient déposé deux fois plus d’eau ou si le manteau actuel avait moins d’appétit pour l’eau, alors les continents, si essentiels à la vie et au climat de la planète, n’auraient jamais émergé. «C’est un système très délicat, la Terre», dit Dong. «Trop d’eau, ou pas assez, et ça ne marcherait pas.»