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La température des océans primitifs : le message des isotopes du silicium

La température des océans au Précambrien (3,5 milliards d’années) est sujette à controverse. Des chercheurs du Laboratoire d’étude de la matière extraterrestre (Muséum national d’histoire naturelle) et du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS) ont cherché à reconstituer la température de ces océans en mesurant conjointement les compositions isotopiques de l’oxygène et du silicium dans des silex anciens.

(vue d’artiste de ce que devait être le ciel, la terre et l’océan il y a 3.5 milliards d’années)

Si nous pouvions visiter la terre à cette époque, nous ne l’identifierions probablement pas. Ce n’était pas la planète que nous connaissons aujourd’hui. L’atmosphère y était très différente. A ce moment-là, l’atmosphère réductrice, faite de méthane, d’ammoniaque, et d’autres gaz, était toxique à la plupart des êtres vivants d’aujourd’hui.  En outre, la croûte de terre était suffisamment refroidie pour que commencent à se former et à dériver, les plaques qui allaient former les continents.

Les conclusions du Muséum et du CNRS confortent une hypothèse datant des années 70 et jamais confirmée depuis : celle d’un océan très chaud (60 – 80°C) il y a 3,5 milliards d’années. Ces travaux paraissent dans la revue Nature du 26 octobre 2006.

La Terre a connu dans son histoire de nombreux changements climatiques de grande ampleur qui semblent avoir été les plus rigoureux au cours des premiers milliards d’années de son histoire. C’est donc à partir de -3,5 milliards d’années, datation des premiers sédiments océaniques correctement préservés, que l’histoire des océans est enregistrée dans les roches sédimentaires.

L’astrophysique nucléaire permet de retracer avec précision l’évolution thermique des étoiles et nous a dévoilé l’un des grands paradoxes de l’histoire climatique de la Terre : notre Soleil avait, il y a 4 milliards d’années, une luminosité de l’ordre de 25% plus faible qu’aujourd’hui. Dans ces conditions, la Terre aurait dû être complètement gelée, ce qui est en contradiction avec les enregistrements géologiques. Dés 1973, des chercheurs américains avaient tenté d’évaluer la température des océans précambriens (entre 3,5 et 0,5 milliards d’années) à partir des compositions isotopiques de l’oxygène des silex, qui figurent parmi les sédiments de la terre les plus vieux et les mieux préservés. Leurs résultats attestent d’un refroidissement progressif des océans (entre 70 et 30°C) à partir de 3,5 milliards d’années avant notre ère. Cependant, ces conclusions étaient contestées car il existe fréquemment un réajustement de la composition isotopique en oxygène des silex, lors de variations de température secondaires au dépôt.

Les silex sont essentiellement constitués de silice (1 atome de silicium pour 2 atomes d’oxygène). Aujourd’hui, des chercheurs du Laboratoire d’étude de la matière extraterrestre (Muséum national d’histoire naturelle) et du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS) viennent de reconstituer la température des océans précambriens en mesurant conjointement les compositions isotopiques de ces deux éléments dans des silex anciens, à l’aide de la sonde ionique du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques de Nancy. Parce que la solubilité du silicium dans l’eau est très faible, sa composition isotopique est a priori beaucoup plus résistante que celle de l’oxygène aux altérations secondaires du silex. Les compositions isotopiques du silicium des silex montrent des variations isotopiques très importantes au Précambrien, variations qui n’ont pas d’équivalent au Phanérozoique (entre 0,5 milliards d’années et aujourd’hui).
En faisant l’hypothèse que les températures les plus froides déduites des isotopes de l’oxygène correspondaient bien à celles des océans (environ 30°C il y a 800 millions d’années), les chercheurs ont proposé une reconstitution du cycle isotopique du silicium dans les océans précambriens. Ce cycle dépend de la température de l’eau de mer et induit des variations couplées entre les deux systèmes isotopiques. Entre 3,5 et 0,5 milliards d’années, les variations de températures déduites des isotopes du silicium correspondent bien aux bouleversements déjà identifiés dans l’histoire de la Terre à partir des isotopes de l’oxygène. L’hypothèse d’un océan très chaud (60-80°C) vers 3,5 milliards d’années ressort donc singulièrement confortée.

Références
A palaeotemperature curve for the Precambrian oceans based on silicon isotopes in cherts. François Robert & Marc Chaussidon. Nature. 26 octobre 2006

Sources :  http://www.notre-planete.info/

 

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