Une nouvelle étude menée par des chercheurs de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) et de l'Université Harvard pourrait aider à résoudre une question de longue date :comment de petites quantités de carbone organique se retrouvent enfermées dans la roche et les sédiments, l'empêchant de se décomposer. Savoir exactement comment ce processus se produit pourrait aider à expliquer pourquoi le mélange de gaz dans l'atmosphère est resté stable pendant si longtemps, dit l'auteur principal Jordon Hemingway, chercheur postdoctoral à Harvard et ancien étudiant à WHOI. L'article est publié le 14 juin dans la revue La nature .

Dioxyde de carbone atmosphérique (CO2), Remarques d'Hemingway, est une forme inorganique du carbone. Les plantes, algues, et certains types de bactéries peuvent extraire ce CO2 de l'air, et l'utiliser comme bloc de construction pour les sucres, protéines, et d'autres molécules dans leur corps. Le processus, qui se produit lors de la photosynthèse, transforme le carbone inorganique en une forme « organique », tout en libérant de l'oxygène dans l'atmosphère. L'inverse se produit lorsque ces organismes meurent :les microbes commencent à décomposer leur corps, consommant de l'oxygène et rejetant du CO2 dans l'air.

L'une des principales raisons pour lesquelles la Terre est restée habitable est que ce cycle chimique est légèrement déséquilibré, dit Hemingway. Pour certaines raisons, un petit pourcentage de carbone organique n'est pas décomposé par les microbes, mais au lieu de cela reste préservé sous terre pendant des millions d'années.

« Si c'était parfaitement équilibré, tout l'oxygène libre de l'atmosphère serait consommé aussi rapidement qu'il a été créé, " dit Hemingway. " Pour qu'il nous reste de l'oxygène à respirer, une partie du carbone organique doit être cachée là où elle ne peut pas se décomposer."

Sur la base des preuves existantes, les chercheurs ont développé deux raisons possibles pour lesquelles le carbone est laissé pour compte. La première, appelé "conservation sélective, " suggère que certaines molécules de carbone organique peuvent être difficiles à décomposer pour les micro-organismes, ils restent donc intacts dans les sédiments une fois que tous les autres se sont décomposés. La deuxième, appelée hypothèse de la « protection minérale », affirme que les molécules de carbone organique peuvent plutôt former des liaisons chimiques fortes avec les minéraux qui les entourent, si fortes que les bactéries ne sont pas capables de les arracher et de les « manger ».

« Historiquement, il a été difficile de déterminer quel processus est dominant. Les outils dont nous disposons pour la géochimie organique n'ont pas été assez sensibles, " dit Hemingway. Pour cette étude, il s'est tourné vers une méthode appelée « oxydation par pyrolyse en rampe », ou RPO, pour tester les hypothèses dans des échantillons de sédiments du monde entier. Avec un four spécialisé, il a régulièrement élevé la température de chaque échantillon à près de 1000 degrés Celsius, et mesuré la quantité de dioxyde de carbone qu'il a libéré en se réchauffant. Le CO2 libéré à des températures plus basses représentait du carbone avec des liaisons chimiques relativement faibles, tandis que le carbone libéré à haute température dénotait des liaisons fortes qui nécessitaient plus d'énergie pour se rompre. Il a également mesuré l'âge du CO2 en utilisant des méthodes de datation au carbone.

"Si les molécules organiques sont préservées en raison de la sélectivité - parce que les microbes ne sont pas capables de les décomposer - nous nous attendrions à voir une gamme assez étroite de force de liaison dans les échantillons. Les microbes auraient décomposé le reste, ne laissant que quelques types tenaces de carbone organique, " dit-il. " Mais nous avons en fait vu que la diversité des forces de liaison augmente plutôt que diminue avec le temps, indiquant qu'un large éventail de types de carbone organique sont préservés. Nous pensons que cela signifie qu'ils sont protégés des minéraux qui les entourent."

Hemingway a également vu un modèle dans les échantillons eux-mêmes qui ont soutenu ses conclusions. Les argiles fines comme celles trouvées à la sortie des rivières présentaient une diversité de liaisons carbonées toujours plus élevée que les sédiments grossiers ou sableux, suggérant que les sédiments fins offrent une plus grande surface sur laquelle le carbone organique pourrait se fixer.

« Si vous prenez, dire, granit du New Hampshire et le décomposer, vous obtiendrez une sorte de sable. Ces grains sont relativement gros, il n'y a donc pas beaucoup de surface disponible pour interagir avec la matière organique. You really need fine sediments created via chemical weathering at the surface—things like phyllosilicate clays, " says Valier Galy, a biogeochemist at WHOI and co-author on the paper.

Although this work provides strong evidence for one hypothesis over another, Hemingway and his colleagues are quick to note that it doesn't provide a definitive answer to the organic carbon puzzle. "We were able to put our finger on the mechanism by which carbon is being preserved, but we don't provide information about other factors, like sensitivity to temperature in the environment, par exemple. There are a lot of other factors to consider. This paper is intended as a sort of waypoint to direct biogeochemists in their research, " says Galy.