De minuscules inclusions minérales représentent pour la première fois l’oxygène accumulé dans l’atmosphère et modifiant la composition du manteau. Crédit : Hugo Moreira / Nature Géoscience
Les chercheurs ont identifié un lien entre les anciens changements atmosphériques et la chimie du manteau terrestre, mettant ainsi en lumière l’évolution de la planète.
Une équipe internationale de scientifiques a découvert un lien important entre l’atmosphère primitive de la Terre et la chimie de son manteau profond.
Dirigé par des chercheurs du Université de Portsmouth et l’Université de Montpellier, l’étude apporte un nouvel éclairage sur l’évolution de la vie sur notre planète et l’augmentation de l’oxygène atmosphérique.
Explorer le grand événement d’oxydation
L’équipe a étudié les magmas formés dans d’anciennes zones de subduction, où des parties de la croûte terrestre retombent dans le manteau, à partir d’un moment charnière de l’histoire de la Terre : le grand événement d’oxydation (GOE). Cet événement, dont on estime qu’il s’est produit il y a entre 2,1 et 2,4 milliards d’années, a été une période pendant laquelle les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère terrestre ont augmenté rapidement et ont transformé la vie et l’environnement sur Terre.
Cependant, peu de recherches ont été menées sur la manière dont les changements atmosphériques ont laissé leurs traces sur le manteau terrestre.
Graphique montrant les changements des conditions atmosphériques. Crédit : Dr Hugo Moreira
Processus tectoniques et manteau terrestre
La nouvelle étude, publiée dans la revue Géosciences naturelles, a examiné le rôle de la tectonique des plaques – le processus par lequel la coque externe de notre planète bouge et remodèle sa surface – dans le cycle et l’échange d’éléments entre l’atmosphère, la surface de la Terre et le manteau profond. Jusqu’à présent, il était difficile de trouver des méthodes fiables pour comprendre ces interactions.
En étudiant les magmas d’avant et d’après le GOE, l’équipe a constaté un passage de magmas réduits à des magmas plus oxydés. Cela était le résultat de la subduction profonde de sédiments oxydés des montagnes transformés en sédiments lors de l’altération et de l’érosion qui étaient ensuite recyclés dans le manteau via des processus de subduction – révélant comment le recyclage des sédiments permettait un accès atmosphérique au manteau.
Inclusions d’apatite réduites. Crédit : Dr Hugo Moreira
Importance de la découverte
Cette découverte implique que ces « bouffées » d’oxygène pourraient avoir modifié le manteau en contribuant à une oxydation accrue du magma calco-alcalin, en modifiant la composition de la croûte continentale et en conduisant à la formation de gisements de minerai sur Terre.
L’auteur principal, le Dr Hugo Moreira de l’Université de Montpellier et chercheur invité à l’Université de Portsmouth, a déclaré : « Grâce à ces découvertes, notre compréhension de l’ancien « souffle » de la Terre a fait un pas en avant significatif. Non seulement il fournit des informations cruciales sur l’évolution géologique de la Terre, mais il met également en lumière la façon dont les profondeurs de la Terre et son manteau sont intimement liés aux changements atmosphériques. Cela nous permet de mieux comprendre la relation entre les réservoirs externes et internes de la Terre.
« De plus, cela soulève des questions fascinantes sur le rôle que l’oxygène a joué dans l’histoire de notre planète et sur les conditions qui ont ouvert la voie à la vie telle que nous la connaissons. »
Inclusions d’apatite oxydées. Crédit : Dr Hugo Moreira
Méthodologie de recherche
L’équipe de recherche a utilisé la ligne de lumière ID21 de l’installation européenne de rayonnement synchrotron en France pour analyser l’état du soufre dans les minéraux trouvés dans les cristaux de zircon vieux de deux milliards d’années de la ceinture Mineiro au Brésil, qui servaient de capsules temporelles, préservant leur composition d’origine. . Ils ont découvert que les minéraux des magmas cristallisés avant le GOE avaient un état de soufre réduit. Cependant, après le GOE, ceux-ci sont devenus davantage oxydés.
L’installation européenne de rayonnement synchrotron. Crédit : Installation européenne de rayonnement synchrotron
Conclusion
Le Dr Moreira a déclaré : « La fugacité de l’oxygène dans le manteau, en termes simples, est une mesure de la capacité de l’oxygène à provoquer des réactions chimiques dans les magmas et est essentielle à la compréhension de l’activité volcanique et de la formation des minerais. Cependant, dans le passé, nous manquions d’un moyen fiable pour suivre les changements de ce paramètre dans les parties anciennes de l’histoire de la Terre – jusqu’à aujourd’hui.
« Il constitue un outil puissant pour comprendre la relation entre les réservoirs externes et internes de la Terre. La spéciation du soufre et la fugacité du magma sont des paramètres dynamiques qui peuvent changer tout au long du parcours d’un magma, de la formation à la cristallisation. Bien que notre étude ait pris en compte des facteurs tels que la pression et la température, des analyses plus approfondies sont nécessaires pour retracer le « chemin de fugacité » complet, depuis la génération du magma jusqu’à la cristallisation finale.
Le professeur Craig Storey, co-auteur et professeur de géologie à l’Université de Portsmouth, a déclaré : « Notre étude ouvre de nouvelles voies de recherche passionnantes, offrant une compréhension plus profonde du passé ancien de la Terre et de son lien profond avec le développement de notre atmosphère. Cela nous met au défi de réfléchir à des questions sur l’évolution des types de magma au fil du temps et sur l’interaction complexe entre la tectonique des plaques et les cycles atmosphériques.
Le Dr Moreira a ajouté : « Alors que nous continuons à sonder les mystères de l’histoire géologique de la Terre, une chose est sûre : il y a bien plus à découvrir sous la surface. »
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Décoder les anciens mystères atmosphériques de la Terre.
L’étude a impliqué des chercheurs de l’Université de Portsmouth, des Universités de Brest, de Montpellier et de l’Université de la Sorbonne (France), de l’Université fédérale d’Ouro Preto et de l’Université de São Paulo (Brésil) et de l’Installation européenne de rayonnement synchrotron.
