Cette roche en œil de tigre BIF (formation de fer à bandes) montre des couches de fer qui se sont déposées sous forme de composés à partir d'une solution océanique. Avant que l'oxygène ne devienne plus abondant, les océans étaient probablement pleins de fer qui aurait pu produire de l'oxyde nitreux qui est entré dans l'atmosphère primitive de la Terre pour la garder au chaud. Crédit :Georgia Tech / Allison Carter
Il y a plus d'une éon, le soleil brillait plus faiblement qu'aujourd'hui, mais la Terre est restée chaude en raison d'un fort effet de serre, la théorie des géosciences tient. L'astronome Carl Sagan a inventé ce « paradoxe du jeune soleil faible, " et pendant des décennies, les chercheurs ont recherché le bon équilibre des gaz atmosphériques qui aurait pu garder la Terre primitive confortable.
Une nouvelle étude menée par le Georgia Institute of Technology suggère que l'oxyde nitreux, connu pour son utilisation comme gaz hilarant sédatif dentaire, peut avoir joué un rôle important.
L'équipe de recherche a réalisé des expériences et une modélisation informatique de l'atmosphère qui ont étayé en détail une hypothèse existante sur la présence d'oxyde nitreux (N2O), un puissant gaz à effet de serre, dans l'atmosphère antique. Des recherches établies ont déjà mis en évidence des niveaux élevés de dioxyde de carbone et de méthane, mais ils n'étaient peut-être pas assez abondants pour maintenir suffisamment le globe au chaud sans l'aide de N2O.
Verre de Jennifer, professeur assistant à Georgia Tech, et Chloé Stanton, anciennement assistant de recherche de premier cycle au laboratoire Glass de Georgia Tech, a publié l'étude dans la revue Géobiologie la semaine du 20 août, 2018. Leurs travaux ont été financés par l'Institut d'astrobiologie de la NASA. Stanton est maintenant assistant de recherche diplômé à la Pennsylvania State University.
Jennifer Glass dans son laboratoire à Georgia Tech. Elle tient une pierre de fer stromatolitique, qui s'est formé pendant que le fer s'oxydait et quittait les eaux océaniques. Et il y a une éternité, le fer océanique était élevé et aurait pu aider à créer de l'oxyde nitreux qui aurait pu garder la Terre primitive au chaud. Crédit :Georgia Tech / Allison Carter
Pas de "milliard ennuyeux"
L'étude s'est concentrée sur le milieu de l'éon protérozoïque, il y a plus d'un milliard d'années. La prolifération de la vie complexe était encore à quelques centaines de millions d'années, et le rythme de l'évolution de notre planète est probablement apparu d'une lenteur trompeuse.
"Les gens dans notre domaine se réfèrent souvent à ce chapitre intermédiaire de l'histoire de la Terre il y a environ 1,8 à 0,8 milliard d'années comme le" milliard ennuyeux "parce que nous le considérons classiquement comme une période très stable, " dit Stanton, le premier auteur de l'étude. "Mais il y a eu de nombreux processus importants affectant la chimie des océans et de l'atmosphère pendant cette période."
La chimie dans l'océan du milieu du Protérozoïque a été fortement influencée par l'abondance de fer ferreux soluble (Fe2+) dans les eaux profondes sans oxygène.
Ce fond marin surélevé est rouge comme de la rouille. Au fur et à mesure que l'oxygène s'accumule dans les eaux, fer rouillé hors de la solution. Quand c'était abondant dans l'océan, le puissant réactif chimique qui aurait pu faciliter la production de N2O (gaz hilarant). Formations de fer rubanées du parc national de Karijini, Australie. Crédit :Georgia Tech / Jennifer Glass
Clé de fer ancienne
"La chimie des océans était complètement différente à l'époque, " dit Verre, le chercheur principal de l'étude. "Les océans d'aujourd'hui sont bien oxygénés, ainsi le fer rouille et tombe rapidement de la solution. L'oxygène était faible dans les océans protérozoïques, ils étaient donc remplis de fer ferreux, ce qui est très réactif."
Dans les expériences de laboratoire, Stanton a découvert que le Fe2+ dans l'eau de mer réagit rapidement avec les molécules d'azote, en particulier l'oxyde nitrique, pour produire de l'oxyde nitreux dans un processus appelé chemodenitrification. Ce protoxyde d'azote (N2O) peut alors remonter dans l'atmosphère.
Lorsque Stanton a branché les flux plus élevés d'oxyde nitreux dans le modèle atmosphérique, les résultats ont montré que le protoxyde d'azote aurait pu atteindre dix fois les niveaux d'aujourd'hui si les concentrations d'oxygène du milieu du Protérozoïque étaient de 10 pour cent de celles d'aujourd'hui. Ce protoxyde d'azote plus élevé aurait donné un coup de pouce supplémentaire au réchauffement climatique sous le faible jeune soleil.
Respirer du gaz hilarant
Le protoxyde d'azote aurait pu aussi être ce que respirait une vie ancienne.
Même aujourd'hui, certains microbes peuvent respirer du protoxyde d'azote lorsque l'oxygène est faible. Il existe de nombreuses similitudes entre les enzymes que les microbes utilisent pour respirer les oxydes nitriques et nitreux et les enzymes utilisées pour respirer l'oxygène. Des études antérieures ont suggéré que ce dernier a évolué à partir des deux premiers.
Le modèle Georgia Tech fournit une source abondante d'oxyde nitreux dans les anciennes mers riches en fer pour ce scénario évolutif. Et avant le Protérozoïque, quand l'oxygène était extrêmement bas, les premiers microbes aquatiques auraient déjà pu respirer du protoxyde d'azote.
"Il est fort possible que la vie respire du gaz hilarant bien avant de commencer à respirer de l'oxygène, " Glass a dit. " La chimionitrification aurait pu fournir aux microbes une source stable de celle-ci. "
