Représentation artistique de la Terre primitive dynamitée par les débris du système solaire. Crédit :NASA/Goddard Image Lab
La Terre primitive était chaude, gazeux, planète poussiéreuse et dynamique avec une atmosphère et un océan. Puis sa surface s'est suffisamment refroidie et stabilisée pour les nuages, les masses continentales et le début de la vie se sont formés il y a environ quatre milliards d'années, pendant ce qu'on appelle l'âge isotopique des roches, ou la période archéenne. Les sous-produits chimiques atmosphériques de cette époque ont voyagé dans l'air et se sont déposés à l'intérieur de la plus ancienne roche de la planète, enregistrer les premières activités de la vie comme la photosynthèse et la production d'oxygène.
Les isotopes du soufre peuvent servir de traceurs de l'oxygène atmosphérique, et de nouvelles données recueillies sur l'atmosphère actuelle en Chine par une équipe internationale de chercheurs, dirigé par l'Université de Californie à San Diego, indiquent une similitude remarquable avec l'empreinte isotopique trouvée dans les roches anciennes. Cela ouvre de nouvelles interprétations de la signature sédimentaire des isotopes du soufre de la période archéenne, un indicateur des origines et de l'évolution de l'oxygène atmosphérique et des débuts de la vie sur Terre.
L'étude menée par Mark Thiemens, professeur distingué de chimie et de biochimie; Mang Lin, un doctorat récent. diplômé de l'UC San Diego et Yanan Shen, professeur à l'Université des sciences et technologies de Chine, est publié dans le numéro actuel du Actes de l'Académie nationale des sciences . Leur recherche consistait à prendre des mesures d'aérosols sulfatés actuels de cinq isotopes de soufre à partir d'échantillons d'aérosols atmosphériques collectés au mont Wuyi, un site distant en Chine, et Canton, une mégapole. Les mesures isotopiques, réalisée à l'UC San Diego et à l'Université des sciences et technologies de Chine a résolu les mécanismes chimiques et le transport des aérosols atmosphériques à un nouveau niveau scientifique.
"En utilisant les isotopes stables et radioactifs, nous avons pu cibler aujourd'hui de nouvelles sources de l'effet isotopique et mieux définir l'atmosphère primitive et l'évolution de la vie, ", a déclaré Thiemens.
Les figures illustrent la similitude des signatures dans les sulfates atmosphériques modernes et les enregistrements géologiques. Figure du haut :Sulfates des aérosols modernes (y compris les données de cette étude), carottes de glace et fosses à neige, Sédiments archéens (barytine), et cendres volcaniques; Figure du bas :Pyrites (FeS2) et sulfures (S2-) de différentes époques de l'Archéen. La ligne pointillée rouge représente le réseau de référence archéen (avec des pentes de -0,9 et -1,5). Crédit :Mang Lin
Thiemens a expliqué que dans l'atmosphère archéenne, les niveaux d'oxygène et d'ozone étaient suffisamment bas pour que la lumière ultraviolette (UV) pénètre la surface de la Terre et dissocie le dioxyde de soufre, produisant de manière médico-légale un modèle isotopique spécifique. L'étude révèle que les compositions d'isotopes de soufre stables sont anormales et imitent les mesures d'isotopes de soufre anciens.
En outre, Thiemens a expliqué que la photo-destruction du dioxyde de soufre par la lumière UV dans l'atmosphère terrestre primitive fournit une mesure des niveaux d'oxygène. Il a dit que les niveaux d'oxygène et d'ozone de la Terre primitive étaient suffisamment bas pour que la lumière UV atteigne la surface de la Terre, dissocier le dioxyde de soufre et produire les anomalies.
La mesure des anomalies de soufre dans les roches les plus anciennes en tant que mesure des niveaux d'oxygène a été découverte au laboratoire du Thiemens Research Group à l'UC San Diego avec James Farquhar et Huiming Bao. La méthode est largement utilisée pour suivre les niveaux d'oxygène avant il y a environ 2,2 milliards d'années, lorsque les niveaux d'oxygène et d'ozone ont atteint des niveaux tels que la lumière UV a été filtrée et l'anomalie a disparu de l'enregistrement de la roche.
"Une surprise des mesures de Mang Lin était qu'avec le traceur stratosphérique combiné Sulfur-35 (un isotope radioactif du soufre), et un autre isotope stable de soufre stable, il n'y a pas de corrélation, " a déclaré Thiemens. " Il a été démontré par corrélation avec des produits de combustion connus que les processus de combustion et de combustion de la biomasse produisent cette anomalie isotopique spécifique, qui n'était pas connu auparavant, fournir une nouvelle interprétation de la chimie de la Terre primitive et suggérer qu'il existe d'autres processus qui se produisent dans la Terre primitive, comme les volcans, qui pourraient produire les anomalies ainsi qu'une photolyse à la lumière UV. »
Selon Thiemens, cette étude fournit "encore un autre carquois dans la flèche" de l'analyse des processus qui se produisent au début de la Terre et de la définition à la fois de l'origine et du changement de la vie.
