Explorer l'atmosphère de la Terre ancienne
Des chercheurs de l'UE ont ouvert une fenêtre sur les conditions de la surface terrestre il y a plus de trois milliards d'années, grâce à une analyse directe et à haute précision de marqueurs géochimiques. Dans le cadre d'un projet de six ans parvenu récemment à terme, l'équipe du projet NOGAT a étudié des gaz nobles, qui sont des éléments chimiquement inertes et ne sont donc pas altérés par les réactions géochimiques, ainsi que des éléments essentiellement stables comme l'azote. L'équipe a pour cela développé une analyse par spectrométrie de masse multi-collectrice des isotopes de gaz nobles, qui a permis de réaliser des mesures au niveau pour mille, une précision jamais obtenue auparavant. Ce travail a été complété par l'analyse d'échantillons de comètes, de la Lune, de Mars, de météorites primitives et de vent solaire, ainsi que d'anciens sédiments et gaz du manteau terrestre profond. Astéroïdes et comètes Les chercheurs ont démontré l'existence de deux origines cosmochimiques de l'atmosphère terrestre. «La Terre s'est probablement formée dans un environnement sec et les éléments volatils ont été apportés par des corps du système solaire interne similaires aux astéroïdes», déclare Bernard Marty, coordinateur du projet et professeur de géochimie au Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et de l'Université de Lorraine. Les comètes ont constitué une seconde source qui, bien que mineure, a été importante pour certains matériaux. «Elles n'ont probablement pas eu d'importance en ce qui concerne l'eau ou l'azote, mais peut-être en ont-elles eu pour la matière organique», déclare le professeur Marty. «Je ne suis pas en train de dire que la vie est arrivée sur Terre avec une comète, mais que les comètes ont contribué à la masse des matériaux prébiotiques». Le suivi de l'évolution dans le temps du xénon, un gaz noble, a apporté des connaissances particulières. Travaillant avec des géologues, l'équipe a collecté des roches de l'Archéen issues du manteau terrestre profond et analysé les gaz emprisonnés dans de minuscules bulles à l'intérieur de roches qui se sont formées il y 3,5 milliards d'années. Les scientifiques ont démontré que le xénon de l'atmosphère archéenne était, sur le plan isotopique, intermédiaire entre ce qu'on trouve dans les météorites et le xénon moderne, ce qui prouve que le xénon a été perdu dans l'espace au fil du temps, «du fait de l'ionisation de l'atmosphère par la lumière ultraviolette du Soleil ancien», précise le professeur Marty. D'un autre côté, ils ont déterminé que l'azote était alors, que ce soit en termes de pression ou de composition, similaire aux niveaux actuels. «Cela signifie que l'azote terrestre était déjà protégé de l'interaction avec l'espace extraterrestre, mais que le xénon subissait encore cette interaction», déclare le professeur Marty. De nouvelles informations L'évolution des gaz atmosphériques et ce que cela nous dit de l'évolution de la Terre elle-même a souvent été étudié en utilisant des méthodes indirectes, mais le professeur Marty est certain que l'interprétation des analyses directes réalisées par l'équipe de NOGAT porte un nouvel éclairage sur un problème séculaire. «Nous avons des contraintes sur l'interaction du soleil et de l'atmosphère terrestre et le paradoxe du jeune soleil faible et le problème des gaz à effet de serre dans le passé», déclare-t-il. Le projet a débouché sur la publication de trente-trois articles, dont six dans «Science», trois dans «Nature» et trois dans «Science Advances». Ses travaux ont été cités plus de 650 fois depuis 2011. Plus récemment, le professeur Marty a été contacté par diverses équipes travaillant sur des missions spatiales qui ont demandé sa contribution, ce qui indique que ce domaine de recherche est un sujet brûlant non seulement pour les géochimistes, mais également pour les astrophysiciens.
Mots‑clés
NOGAT, atmosphère archéenne, géochimie, traceurs géochimiques, gaz nobles, Terre ancienne, évolution de la Terre, xénon, azote