Une équipe de scientifiques internationaux dirigée par le chercheur de l'ETH Paolo Sossi a acquis de nouvelles connaissances sur l'atmosphère terrestre d'il y a 4,5 milliards d'années. Leurs résultats ont des implications sur les origines possibles de la vie sur Terre.

Il y a quatre milliards et demi d'années, La Terre aurait été difficile à reconnaître. Au lieu des forêts, les montagnes et les océans que nous connaissons aujourd'hui, la surface de notre planète était entièrement recouverte de magma, le matériau rocheux en fusion qui émerge lorsque les volcans entrent en éruption. C'est ce sur quoi la communauté scientifique est d'accord. Ce qui est moins clair, c'est l'atmosphère à l'époque. De nouveaux efforts de recherche internationaux dirigés par Paolo Sossi, chercheur principal à l'ETH Zurich et au PRN PlanetS, tenter de lever certains des mystères de l'atmosphère primitive de la Terre. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Avancées scientifiques .

Faire du magma en laboratoire

« Il y a quatre milliards et demi d'années, le magma échangeait constamment des gaz avec l'atmosphère sus-jacente, " Sossi commence à expliquer. " L'air et le magma s'influencent mutuellement. Donc, vous pouvez apprendre l'un de l'autre."

Pour en savoir plus sur l'atmosphère primitive de la Terre, qui était très différent de ce qu'il est aujourd'hui, les chercheurs ont donc créé leur propre magma en laboratoire. Ils l'ont fait en mélangeant une poudre qui correspondait à la composition du manteau en fusion de la Terre et en la chauffant. Ce qui semble simple nécessitait les dernières avancées technologiques, comme le souligne Sossi :« La composition de notre poudre en forme de manteau la rendait difficile à fondre - nous avions besoin de températures très élevées d'environ 2, 000° Celsius."

Cela nécessitait un four spécial, qui était chauffé par un laser et à l'intérieur duquel les chercheurs pouvaient faire léviter le magma en laissant circuler des flux de mélanges gazeux autour de lui. Ces mélanges gazeux étaient des candidats plausibles pour l'atmosphère primitive qui, comme il y a 4,5 milliards d'années, influencé le magma. Ainsi, avec chaque mélange de gaz qui a circulé autour de l'échantillon, le magma s'est avéré un peu différent.

"La principale différence que nous recherchions était le degré d'oxydation du fer dans le magma, " explique Sossi. En termes moins précis :comme c'est rouillé. Quand le fer rencontre l'oxygène, il s'oxyde et se transforme en ce que nous appelons communément la rouille. Ainsi, quand le mélange gazeux que les scientifiques ont soufflé sur leur magma contenait beaucoup d'oxygène, le fer dans le magma est devenu plus oxydé.

Ce niveau d'oxydation du fer dans le magma refroidi a donné à Sossi et à ses collègues quelque chose qu'ils pouvaient comparer aux roches naturelles qui composent le manteau terrestre aujourd'hui, les péridotites. L'oxydation du fer dans ces roches a encore l'influence de l'atmosphère primitive imprimée en son sein. La comparaison des péridotites naturelles et de celles du laboratoire a donc donné aux scientifiques des indices sur lequel de leurs mélanges gazeux se rapprochait le plus de l'atmosphère primitive de la Terre.

Une nouvelle vision de l'émergence de la vie

"Ce que nous avons trouvé, c'est que, après refroidissement de l'état de magma, la jeune Terre avait une atmosphère légèrement oxydante, avec le dioxyde de carbone comme constituant principal, ainsi que de l'azote et un peu d'eau, " rapporte Sossi. La pression de surface était aussi beaucoup plus élevée, presque cent fois plus qu'aujourd'hui et l'atmosphère était beaucoup plus élevée, en raison de la surface chaude. Ces caractéristiques la rendaient plus semblable à l'atmosphère de Vénus d'aujourd'hui qu'à celle de la Terre d'aujourd'hui.

Ce résultat a deux conclusions principales, selon Sossi et ses collègues :La première est que la Terre et Vénus ont commencé avec des atmosphères assez similaires, mais cette dernière a ensuite perdu son eau en raison de la proximité plus étroite avec le soleil et des températures plus élevées associées. Terre, cependant, a gardé son eau, principalement sous la forme d'océans. Ceux-ci ont absorbé une grande partie du CO 2 de l'air, réduisant ainsi le CO 2 niveaux de manière significative.

La deuxième conclusion est qu'une théorie populaire sur l'émergence de la vie sur Terre semble désormais beaucoup moins probable. Cette soi-disant « expérience Miller-Urey », dans lequel les éclairs interagissent avec certains gaz (notamment l'ammoniac et le méthane) pour créer des acides aminés - les éléments constitutifs de la vie - aurait été difficile à réaliser. Les gaz nécessaires n'étaient tout simplement pas suffisamment abondants.