Effet de serre

L’atmosphère de la Terre primitive pourrait avoir été deux fois moins épaisse qu’aujourd’hui.

Des bulles dans l’ancienne lave australienne révèlent que l’atmosphère de la Terre primitive aurait pu être deux fois moins épaisse qu’elle ne l’est aujourd’hui, selon les scientifiques.

Les résultats contredisent la croyance de plusieurs décennies selon laquelle l’atmosphère primitive de la Terre était épaisse et, si elle était confirmée, élargirait la liste des types de planètes capables de supporter la vie, ont déclaré les chercheurs dans une nouvelle étude.

Même ainsi, d’autres scientifiques de la Terre disent que l’affirmation sera certainement controversée.

« Ici, vous avez une Terre jeune avec une atmosphère complètement différente de celle d’aujourd’hui, et pourtant très vivante », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Sanjoy Som, directeur du Blue Marble Space Institute of Science. À l’époque, il y a environ 2,7 milliards d’années, la Terre tournait plus vite et sa lune nouvellement formée soulevait des marées beaucoup plus hautes que celles que connaît la Terre aujourd’hui, a déclaré Som. Il peut également avoir été exposé à plus de lumière ultraviolette, car il n’y avait pas encore de couche d’ozone. « ça fait de la Terre primitive la chose la plus proche que nous ayons d’une exoplanète habitée en dehors de notre système solaire », a ajouté Som.

Garder la Terre au chaud

L’étude est l’une des nombreuses tentatives pour résoudre le paradoxe du « jeune soleil faible », soulevé pour la première fois par les astronomes Carl Sagan et George Mullen dans les années 1970. Sous ce paradoxe, les modèles astrophysiques de l’évolution du soleil disent que notre étoile hôte aurait dû être plus faible il y a des milliards d’années – si faible, en fait, que la Terre aurait dû être recouverte de glaciers. Quelque chose maintenait la Terre plus chaude, et des études récentes ont indiqué une épaisse atmosphère d’azote avec des niveaux plus élevés de vapeur d’eau, de dioxyde de carbone, de méthane et d’autres gaz à effet de serre comme coupables possibles.

Som et David Catling, professeur de sciences de la Terre et de l’espace à l’Université de Washington, proposent une idée radicalement différente : il y a 2,7 milliards d’années, la Terre avait une atmosphère mince qui était encore principalement composée d’azote et dont la pression était, au plus, juste la moitié de la pression actuelle de la Terre – équivalente à la pression à environ 17 000 pieds (5 180 mètres) au-dessus du niveau de la mer.

Une atmosphère plus mince signifierait normalement une Terre globalement plus froide, ont déclaré les chercheurs, car les gaz retiennent la chaleur et plus de gaz retiennent plus de chaleur. Mais Som a noté que la pression plus basse aurait pu en fait signifier une concentration plus élevée de gaz à effet de serre car, en raison de la minceur de l’atmosphère, l’eau de cette Terre primitive aurait bouilli plus facilement.

« Cela augmenterait la quantité de vapeur d’eau dans l’air, qui est le plus fort des gaz à effet de serre », a déclaré Som. Toute cette vapeur d’eau, ainsi que plus de dioxyde de carbone et de méthane, auraient gardé la Terre relativement douce, ont suggéré les chercheurs.

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Anciennes bulles de lave

La preuve d’une couverture d’air aussi mince sur la Terre primitive provient d’anciennes roches d’Australie. Som et son équipe ont examiné les bulles piégées dans la roche. Les bulles dans la lave (ou tout autre liquide) sont de tailles différentes en fonction de la pression de l’air ambiant. Par conséquent, la mesure du volume des bulles peut indiquer aux scientifiques quelle était la pression atmosphérique lorsque le liquide (dans ce cas, la lave) s’est solidifié. La taille des bulles découvertes par Som et ses collègues indiquait qu’il y a 2,7 milliards d’années, l’atmosphère était plus fine.

Les bulles de gaz qui se sont formées lors du refroidissement de cette lave (sur les rives de la rivière Beasley en Australie), il y a environ 2,7 milliards d’années, peuvent révéler la pression de l’ancienne atmosphère. (Les bulles apparaissent sous forme de taches blanches.)

La lave avait également des « orteils de lave » – ​​de petites formes en forme de lobe – avec des morceaux vitreux sur le fond. Ceux-ci indiquent généralement que la roche en fusion s’est écoulée dans le gravier humide de la plage – une preuve solide qu’elle s’est formée au niveau de la mer, ont déclaré les chercheurs.

La prochaine question à répondre était de savoir comment l’air est devenu si rare. Juste après la formation de la Terre, son atmosphère aurait encore été plus épaisse qu’elle ne l’est aujourd’hui, selon les scientifiques. C’est parce que l’azote provenait de plusieurs sources, y compris de l’atmosphère elle-même et de la croûte et du manteau, qui venaient d’être réchauffés par l’impact qui a formé la lune et libérerait beaucoup de gaz. (La quantité combinée d’azote des trois reste à peu près la même au fil du temps – la différence est la forme sous laquelle il se trouve.)

Pour que cette atmosphère plus fine soit créée, quelque chose devait retirer l’azote de l’air et le mettre ailleurs, le enfermant dans des composés chimiques. « Nous pensons que la biologie l’a fait », a déclaré Som.

Les formes de vie bactériennes qui ont émergé sur Terre auraient extrait l’azote de l’air et l’auraient combiné avec d’autres éléments pour fabriquer de nouveaux composés, tels que l’ammonium, ont déclaré les chercheurs. Les formes de vie le font également maintenant – sauf avec l’oxygène de l’air, les bactéries peuvent renvoyer l’azote dans l’atmosphère, créant une partie du cycle moderne de l’azote.

Ces composés, tels que l’ammonium (ions NH4), se déposeraient dans les argiles des mers naissantes et seraient ramenés dans la Terre lorsque les plaques tectoniques glisseraient les unes sous les autres, emportant leur azote avec elles, a déclaré Som.

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Comment l’atmosphère s’est-elle encore épaissie ?

Après le grand événement d’oxygénation, qui s’est produit il y a environ 2,5 milliards d’années, les êtres vivants unicellulaires ont commencé à émettre de l’oxygène sous forme de déchets.

Som postule deux mécanismes possibles responsables de remettre l’azote dans l’air sous forme de gaz à ce moment-là. Premièrement, les créatures respirant de l’oxygène libéreraient de l’azote lors de réactions avec l’oxygène. (Cela se produit aujourd’hui, et le processus s’appelle la dénitrification.) Une autre possibilité est que l’azote qui est entré dans le manteau terrestre sous forme d’ammonium s’est à nouveau décomposé en azote (N2), permettant aux volcans d’en libérer davantage dans l’atmosphère sur une période de temps. période d’environ 330 millions d’années.

Malgré une atmosphère peut-être mince sur la Terre primitive, les chercheurs ont trouvé des preuves d’une vie photosynthétique unicellulaire sur la rive d’un grand lac, comme on le voit dans ce stromatolite de 2,7 milliards d’années d’Australie occidentale.

Par conséquent, lorsque la vie émergeait sur Terre, elle pouvait clairement le faire avec une gamme de pressions atmosphériques plus large que quiconque ne le pensait possible, a déclaré Som. La recherche souligne également l’idée que la pression atmosphérique sur la Terre aurait pu fluctuer beaucoup plus au fil du temps que ne le pensaient les scientifiques. Cela signifie également que si la vie pouvait arriver ici avec une demi-atmosphère ou moins, elle pourrait le faire ailleurs.

La vie sur d’autres planètes

Sami Mikhail, professeur adjoint de géologie à l’Université de St Andrews en Écosse qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré que les travaux seraient controversés. « C’est excitant parce que le résultat semble robuste », a déclaré Mikhail. Il a également fait des études sur l’atmosphère primitive de la Terre, et les résultats de ces études ont également indiqué une atmosphère mince sur la Terre primitive. « S’ils ont raison, nous devrons repenser ce que nous savons de l’évolution de la Terre », a-t-il déclaré.

Mikhail a déclaré que le travail élargit les types de mondes sur lesquels les scientifiques pensent que la vie pourrait être possible.

« Quand on regarde [an exoplanet] système avec une planète semblable à la Terre, nous pourrions en trouver avec des atmosphères minces comme celle-ci », a-t-il dit. « Cela signifie qu’ils pourraient évoluer vers la Terre » des milliards d’années dans le futur, a-t-il ajouté.

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