Les experts disent que la compréhension scientifique des hydrocarbures profonds a été transformée, avec de nouvelles connaissances acquises sur les sources d'énergie qui auraient pu catalyser et nourrir les premières formes de vie de la Terre.

Au cours des cent dernières années, les scientifiques ont étudié en détail comment les hydrocarbures - les combustibles fossiles" extraits des réservoirs de la croûte terrestre pour chauffer et alimenter les maisons, Véhicules, et l'industrie - ont une origine biotique, dérivé des plantes enfouies, animaux, et les algues des éons passés.

Mais pour certains hydrocarbures, en particulier le méthane - l'incolore, ingrédient principal inodore du gaz naturel - la nature a de nombreuses recettes, dont certains sont « abiotiques - dérivés non de la décomposition de la vie préhistorique, mais créé de manière inorganique par des processus géologiques et chimiques au plus profond de la Terre.

Les hydrocarbures abiotiques ont été au centre des préoccupations de la communauté Deep Energy du programme Deep Carbon Observatory, une exploration de 10 ans des secrets les plus intimes de la Terre, se terminer en octobre.

Les experts de DCO pensent qu'une origine abiotique du méthane explique la plupart des occurrences inhabituelles du gaz, y compris les flammes de Chimaera dans le sud-ouest de la Turquie.

Chimaera ne repose pas sur des gisements conventionnels de pétrole et de gaz produits à partir des résidus organiques en décomposition des époques antérieures. Et encore, des dizaines de petits incendies ont brûlé sur ce site au sommet d'une montagne depuis des millénaires.

Les anciennes explications des flammes comprenaient le souffle d'un monstre - en partie de lion, en partie chèvre, partie serpent. La raison scientifique la moins colorée :du méthane et de l'hydrogène abiotiques hautement inflammables remontant à la surface de la Terre depuis les profondeurs.

Chimaera est l'un des sites les plus photogéniques et les plus célèbres parmi les centaines de sites où des sources abiotiques de méthane ont été trouvées dans plus de 20 pays et dans plusieurs régions océaniques profondes.

Le collaborateur DCO Giuseppe Etiope de l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia à Rome a documenté le site de Chimaera et plusieurs autres environnements dans lesquels des occurrences inhabituelles de méthane ont été trouvées, comprenant:

• Anciens boucliers précambriens - la roche au cœur des continents s'est formée il y a 3 milliards d'années
• Au fond de l'océan (par exemple, évents à haute température sur et près des crêtes médio-océaniques et des volcans de boue éructant)
• Sur les continents (suintements et sources hyper-alcalines et aquifères).

Alors que divers types de roches sont présents dans tous ces environnements, note-t-il, de nombreuses découvertes se sont focalisées sur des lieux avec des spécificités, des types appropriés de roches « ultramafiques » telles que la péridotite (une roche ignée à gros grains) incluse dans les massifs et les ophiolites (ensembles de roches formées à partir de l'éruption sous-marine de la croûte océanique et du manteau supérieur).

On pense maintenant que le méthane abiotique de la Terre dérive principalement chimiquement de l'hydrogène créé par l'hydratation des roches ultramafiques subissant une « serpentinisation », une réaction qui se produit lorsque l'eau rencontre le minéral olivine.

L'hydrogène nourrit également les sources biologiques de méthane. Les chercheurs de DCO ont documenté un vaste écosystème microbien, une biosphère profonde alimentée par de l'hydrogène. Beaucoup de microbes profonds, appelés méthanogènes, métaboliser l'hydrogène pour produire du méthane.

La biosphère profonde a donc posé un scénario de poule et d'œuf :qui est venu en premier, méthane abiotique ou microbes ? Si le méthane abiotique venait en premier, comme cela semble évident, a-t-il donné naissance aux premiers microbes de la Terre ? Et si les microbes venaient en premier, comment et pourquoi ont-ils habité des lieux presque dépourvus de subsistance ?

Un objectif décennal :démêler les origines du méthane sur Terre

Lorsque le projet Deep Carbon Observatory a débuté en 2009, La communauté Deep Energy de DCO, désormais composée de plus de 230 chercheurs de 35 pays, s'est fixé l'objectif décennal de déterminer les origines du méthane sur Terre.

Certains ont émis l'hypothèse que des réservoirs de méthane inhabituels, c'est-à-dire ceux qui ne pourraient pas être d'origine biotique doivent se former par des réactions chimiques se produisant dans les roches environnantes.

D'autres ont suggéré que les microbes contribuaient à la production de méthane dans certains réservoirs, métaboliser l'hydrogène pour créer du méthane dans un processus totalement différent.

D'autres ont émis l'hypothèse que le méthane pourrait provenir plus profondément de la Terre, dans le manteau supérieur, et diffusent vers la surface. (À l'Université Gubkin de Moscou, le chercheur Vladimir Kutcherov mène des expériences pour tester la production de méthane dans des conditions de haute pression simulées en laboratoire du manteau supérieur de la Terre).

Au début de son mandat, l'ACD a pris la décision d'investir dans de nouveaux instruments d'analyse pour surmonter certaines des limitations au déchiffrement de l'origine du méthane.

Avec un investissement stratégique dans l'instrumentation et de nombreux échantillons de terrain, Les partenaires de DCO ont entrepris de mettre au point de nouveaux outils d'investigation pour distinguer le méthane biotique de la Terre du méthane abiotique.

En 2014, trois nouveaux instruments ont été mis en ligne avec le potentiel de changer le visage de la science du carbone profond, et ils n'ont pas déçu, dit Edward Young, de l'Université de Californie, Los Angeles (UCLA), co-animatrice de la Deep Energy Community de DCO avec Isabelle Daniel de l'Université Claude Bernard Lyon 1 à Lyon, La France.

En utilisant des techniques complémentaires de spectrométrie de masse et de spectroscopie d'absorption, scientifiques de l'UCLA, le California Institute of Technology (Caltech), Pasadena CA, et le Massachusetts Institute of Technology (MIT), MA Cambridge, analysent des échantillons de méthane naturel pour mieux comprendre comment le méthane abiotique peut être produit.

"Une molécule de méthane (CH4) apparaît remarquablement simple, composé de seulement cinq atomes, " dit le Dr Young. " Des isotopes rares de l'hydrogène et du carbone sont parfois incorporés dans les molécules de méthane, cependant, et la fréquence de ces isotopes « lourds » révèle le secret de leur formation et à quelles températures. »

Les molécules de méthane qui contiennent plus d'un isotope « lourd » (« isotopes agglutinés ») présentent une valeur diagnostique particulière. Ces molécules sont extrêmement rares et ne peuvent être distinguées que par des instruments à résolution de masse extrêmement élevée, sensibilité, et le pouvoir.

Les collaborateurs de DCO ont utilisé des échantillons de gaz collectés à Chimaera, les mines profondes du Canada, l'ophiolite d'Oman, bouches hydrothermales au fond de l'océan, et des sites supplémentaires, et ont été surpris par ce qu'ils ont trouvé.

Bien que l'interprétation des données soit difficile, il semble que les microbes fassent plus qu'on ne le pensait à l'origine.

Combien de méthane abiotique ?

"Nous voyons de curieuses empreintes biologiques dans des échantillons qui semblent autrement avoir une signature abiotique, " dit le Dr Daniel. " Il semble que les microbes sachent utiliser ces composés abiotiques comme carburant. "

"Nous avons des preuves claires et croissantes de méthane abiotique sur Terre. Ce qui n'est pas clair, c'est combien il y en a. Ces enquêtes ont trouvé une complexité incroyable dans la façon dont le méthane est produit, et ces complexités relient la chimie inorganique et organique sur Terre de manière fascinante."

Le Dr Young ajoute :« Nous nous sommes lancés dans ce projet en pensant que nous savions comment le méthane abiotique se formait. Ce que nous apprenons, c'est que c'est beaucoup plus compliqué, et la plus grande clé est l'hydrogène. Avec une meilleure compréhension de la façon dont les roches fabriquent l'hydrogène à partir duquel le méthane dérive, et à quelle vitesse cette réaction se produit, nous serons beaucoup plus près de savoir combien il y a de méthane sur Terre."

Jesse Ausubel de l'Université Rockefeller de New York note que la définition populaire de "combustible fossile" ne couvre pas le méthane abiotique.

"Des milliers d'échantillons provenant de nombreux environnements testés avec des instruments super-sensibles produisent une image globale des abondances et des flux d'énergie profonde. Une grande partie des hydrocarbures très profonds ne sont pas des combustibles fossiles conventionnels, tel qu'il est communément défini."

Les comportements du méthane biotique et abiotique, ça devrait être noté, en termes de production d'énergie et d'émissions lors de la combustion, sont indiscernables.

Principales conclusions à ce jour :

• Grâce à de nouveaux instruments, les scientifiques ont identifié de nouvelles signatures isotopiques dans le méthane pour aider à déterminer sa provenance - une impossibilité il y a 10 ans
• La réaction de serpentinisation est mieux comprise et est l'une des nombreuses façons dont les roches terrestres produisent de l'hydrogène moléculaire, une source clé d'énergie géologique pour la biosphère profonde
• Que l'hydrogène réagisse avec le dioxyde de carbone pour produire du méthane était connu depuis longtemps. Comment cela se passe dans la croûte terrestre, cependant, est très complexe, et de nombreuses autres molécules organiques sont créées en tant que sous-produits du processus. Ces molécules peuvent être utilisées par les microbes comme source de nourriture. Ils représentent également des indices intrigants sur les origines de la vie sur Terre, car ces molécules organiques peuvent être des précurseurs des éléments constitutifs de la vie (par exemple, acides aminés)
• Avec des conditions et des réactions similaires probables sur d'autres planètes et lunes (par exemple, le sous-sol de Mars ou au fond de l'océan d'Encelade), il renforce l'identification potentielle de l'endroit où la vie peut exister ailleurs dans l'univers
• Des études sur les systèmes de serpentinisation ont trouvé d'autres hydrocarbures abiotiques en plus du méthane.

Implications futures :

Ces enquêtes sur la façon dont le méthane abiotique se forme sur Terre ne sont pas la fin de l'histoire, mais plutôt le début.

Les 10 dernières années ont vu des changements transformationnels dans notre compréhension des origines du méthane sur Terre et de son rôle central dans le maintien de la biosphère profonde, offrant un aperçu des processus géologiques qui auraient pu préparer le terrain pour la vie.

Avec ces nouvelles découvertes, nous sommes prêts à répondre à de nombreuses grandes questions, tel que:

• Combien de méthane abiotique est produit sur Terre ?
• Quelle quantité de méthane les microbes de la biosphère profonde de la Terre produisent-ils ?
• Combien consomment les microbes ?
• Quels sont les mouvements et les destins du méthane abiotique ? et
• Où le méthane abiotique est-il stocké et pendant combien de temps ?

Le succès des recherches du projet n'a pas seulement changé les perceptions de la production d'énergie dans les profondeurs de la Terre, mais aussi sur la façon dont la vie a pu prendre pied sur notre planète.

Et si l'énergie abiotique se produit sur Terre, Quelle est la probabilité que des réactions et une vie similaires se soient produites ailleurs dans le cosmos ?

Cette recherche Deep Energy publiée aujourd'hui est le résultat du programme Deep Carbon Observatory, qui rendra son rapport final en octobre 2019 après une décennie de travail d'une communauté mondiale de plus de 1000 scientifiques pour mieux comprendre les quantités, mouvements, formes, and origins of carbon inside Earth.