La Terre a connu de nombreux changements au cours de son histoire de 4,5 milliards d'années, y compris un changement pour commencer à incorporer et à retenir des composés volatils de l'atmosphère dans le manteau avant de les cracher à nouveau lors d'éruptions volcaniques.

Ce transport n'a pas pu commencer bien avant il y a 2,5 milliards d'années, selon une nouvelle recherche de l'Université de Washington à St. Louis, publié dans le numéro du 9 août de la revue La nature .

"La vie sur Terre se soucie des changements dans le budget volatile de la surface, " dit Rita Parai, professeur adjoint de géochimie en sciences de la Terre et des planètes en arts et sciences et premier auteur de l'étude. "Et il y a une interaction entre ce que faisait la Terre profonde et comment l'environnement de surface a changé au cours des milliards d'années."

Volatiles—tels que l'eau, le dioxyde de carbone et les gaz nobles - sortent du manteau par le volcanisme et peuvent être injectés à l'intérieur de la Terre depuis l'atmosphère, une paire de processus appelés dégazage et regazage du manteau. L'échange contrôle l'habitabilité de la planète, car il détermine la disponibilité en surface des composés essentiels à la vie, tels que le carbone, l'azote et l'eau.

Le nouveau modèle présenté par Parai et son collaborateur Sujoy Mukhopadhyay, de l'Université de Californie, Davis, établit également une plage de dates au cours desquelles la Terre est passée d'un régime de dégazage net - encore une fois, pensez à ces volcans limoneux - à celui qui a fait pencher la balance vers un regazage net potentiellement permis par la subduction, l'action de la bande transporteuse des plaques tectoniques.

Les propriétés mécaniques changent à mesure que de l'eau est ajoutée ou retirée du manteau, ainsi le début du regazage a eu un effet important sur le barattage interne du manteau, connu sous le nom de convection, qui contrôle les mouvements des plaques à la surface, dit Paraï.

Parai utilise des gaz nobles pour répondre aux questions sur la formation et l'évolution des corps planétaires au fil du temps. Dans cette nouvelle recherche, elle a modélisé le devenir et le transport des composés volatils dans le manteau terrestre en utilisant les isotopes du xénon comme traceurs.

« Le xénon est un excellent traceur volatil, car tous les minéraux qui transportent de l'eau transportent aussi du xénon, " dit Parai. " Donc, si le regazage du xénon était négligeable, le regazage de l'eau doit également avoir été négligeable pendant l'Archéen (il y a 4 milliards à 2,5 milliards d'années)."

Un regazage substantiel a commencé il y a quelques centaines de millions à 2,5 milliards d'années, les chercheurs ont trouvé. Cette période intrigante de l'histoire de la Terre comprend également la période où l'oxygène respirable a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère terrestre, ce que les scientifiques appellent le grand événement d'oxydation.

"Ce serait vraiment intéressant si cette fourchette pouvait être réduite, et le temps autour du Grand événement d'oxydation s'est avéré être favorisé, " dit Parai. "Cela pourrait nous dire qu'il y a eu un changement fondamental dans la façon dont le système Terre-atmosphère solide fonctionnait.

"Mais je ne peux pas choisir des favoris dans notre gamme, " dit-elle. " Tout ce que nous pouvons dire, c'est que quelque chose a changé il y a 2,5 milliards d'années. "

Si la tectonique des plaques et la subduction ont commencé il y a plus de 2,5 milliards d'années, alors peut-être que l'intérieur de la Terre s'était suffisamment refroidi pour que les volatils restent dans les plaques de subduction, plutôt que d'être libéré et de remonter à la surface par magmatisme, Parai suggère.

"La plupart des gens ont rarement l'occasion de penser aux volatiles piégés à l'intérieur de la Terre, " a déclaré Parai. "Ils sont présents à de faibles concentrations, mais le manteau est énorme en termes de masse. Donc, pour le budget volatil total de la Terre, le manteau est un réservoir important."

Elle prévoit de concentrer ses recherches futures sur le fait de repousser les limites de la précision des mesures isotopiques du xénon dans une variété d'échantillons géologiques.

"Plus nous avons de contraintes d'observation, le meilleur, " elle a dit.