Des géoscientifiques de l'Université technologique du Michigan, L'Université du Wisconsin Oshkosh et l'ETH Zurich ont retracé l'âge et les signatures chimiques stockées dans de minuscules minéraux de zircon pour examiner le recyclage du carbone du manteau vers la surface au fil du temps.

Une meilleure compréhension de ces changements dans le recyclage du carbone permet d'améliorer les modèles sur la façon dont les premiers processus de la planète sont passés de la Terre boule de neige froide avec une couverture glaciaire quasi mondiale à des oscillations plus tempérées entre les périodes glaciaires et les périodes de réchauffement. Les recherches de l'équipe seront publiées dans Géosciences de la nature lundi prochain.

"La géochimie reflète un déséquilibre - et la Terre doit expulser tout cela pour essayer de revenir à l'équilibre, " dit Chad Deering, l'un des co-auteurs et professeur adjoint de géologie à Michigan Tech. "Ce que nous proposons, c'est qu'une série d'événements a dû coïncider pour finalement conduire aux conditions optimales requises pour libérer une quantité anormale de carbone."

Le changement chimique est enregistré à l'échelle des continents, mais les détails de cette construction de continent sont enfermés dans les structures cristallines couche par couche de minuscules zircons récoltés en Antarctique. Certains minéraux sont inférieurs à 100 microns, à peine la largeur d'un cheveu humain moyen.

"Nous nous sommes concentrés sur l'étude des oligo-éléments dans ces zircons, " Dit Deering. " Il existe un système de classification que nous utilisons pour déterminer le type de roche d'origine dans laquelle le minéral a poussé, qui nous dit ensuite quel type de magma a laissé cette signature chimique particulière d'oligo-éléments."

Le laboratoire de l'ETH Zurich a ensuite utilisé une datation uranium-plomb pour déterminer l'âge des échantillons. Compte tenu des dates et des oligo-éléments, ce que Deering et son équipe ont observé est un pic de types de magma émetteur de carbone qui s'est produit il y a entre 500 et 700 millions d'années au cours de la période édiacarienne. Cela signifie qu'une quantité importante de carbone a probablement été libérée.

Les volcans émettent beaucoup de dioxyde de carbone, certains beaucoup plus que d'autres. Les volcans alcalins comme le mont Etna en Italie et le mont Erebus en Antarctique éclipsent de 10 à 50 fois la production de carbone des autres volcans. Et c'est le même type de volcanisme qui a été identifié dans les zircons étudiés par Deering.

"Les magmas alcalins sont produits en faisant fondre juste une petite partie du manteau, " il explique, ajoutant que bien que rare et de petit volume, leur importance réside dans la quantité de dioxyde de carbone libérée et les conditions particulières dans lesquelles ils se forment. « Ce qui se passe lorsque la subduction se produit, c'est que le manteau devient « pollué » par des matières volatiles provenant de la surface de la Terre :de l'eau, carbone, soufre."

Les changements qui ont conduit à cet événement important sont lents – se produisant sur des centaines de millions d'années – et ont des conséquences majeures. Alors que la Terre se refroidit avec le temps et que le manteau devient de plus en plus pollué, il finira par générer du magma alcalin qui pourra éclater à la surface. La subduction plus froide et la pollution du manteau peuvent produire des roches appelées schistes bleus, bien documenté dans les archives rupestres pendant la période édiacarienne, avec le volcanisme alcalin. Suivant le pouls du volcanisme riche en carbone, pics de dioxyde de carbone atmosphérique, qui est également enregistré dans le record des isotopes du carbone, accompagné d'une période de réchauffement. En tout, cette série d'événements a donné naissance à l'atmosphère et aux cycles géologiques qui ont façonné la planète telle qu'elle est aujourd'hui.

"Pour créer une chronologie, nous avions besoin d'avoir des dates sur un nombre important de zircons couvrant plusieurs centaines de millions d'années, " Deering dit. " En substance, nous avons découvert que tout au long de l'histoire de la Terre, une impulsion de carbone particulièrement importante a été émise qui a immédiatement précédé l'explosion cambrienne, l'émergence la plus importante de la vie qui n'ait pas encore eu lieu."

Glané à partir de minuscules zircons, l'équipe a utilisé les signatures chimiques d'anciens volcans pour établir qu'une série d'événements heureux s'est produite alors que les continents les plus anciens ont été construits et les matériaux recyclés de la surface pour finalement façonner notre cycle du carbone moderne.