L'atmosphère primitive de la Terre, un enfer vénusien | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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  L'atmosphère primitive de la Terre, un enfer vénusien

Dans un article publié dans la revue Science Advances, une équipe de chercheurs internationaux révèle que l'atmosphère primitive de la Terre devait être extrêmement chaude et hostile à la vie, car saturée en dioxyde de carbone, bien loin de l'atmosphère accueillante que nous connaissons aujourd'hui, composée principalement d'oxygène et d'azote.

 

Vue d'artiste de la Terre aujourd'hui et il y a 4,5 milliards d'années. (© Tobias Stierli / PRN Planètes)


On pensait jusqu'à présent que l'atmosphère primitive de la Terre, c'est-à-dire l'atmosphère présente au moment de sa formation, devait être composée de certains gaz tels que l'ammoniac et le méthane, qui auraient pu faciliter le développement de la vie sur Terre en réagissant avec la foudre pour produire des acides aminés (la célèbre expérience "Miller-Urey"), ces derniers faisant partie des principaux éléments constitutifs de la vie complexe. Mais l'existence réelle d'une telle atmosphère n'a encore jamais été vérifiée, la reproduction en laboratoire des conditions extrêmes des prémices de la Terre s'avérant particulièrement compliquée.

 

Planètes miniatures en fusion : reconstitution à l’aide d’un four chauffé au laser à près de 2000 °C à l’IPGP (© IPGP-Université de Paris)

Recréer une Terre primitive en laboratoire

Pour répondre à cette énigme, Paolo Sossi et ses collègues ont, dans un premier temps, créé des roches en laboratoire à la composition chimique identique à celle de la partie rocheuse de notre planète (croûte et manteau). Puis, ils les ont soumises à des températures extrêmes (près de 2000 °C) à l'IPGP dans un four chauffé au laser, dans le but de reconstituer des planètes miniatures en fusion de seulement 2 mm de diamètre. Ces mini-planètes ont ensuite été placées en état de lévitation au sein de courants gazeux aux compositions conformes aux différentes atmosphères possiblement présentes au moment de la formation de la Terre. L’effet de ces gaz, et donc de la composition atmosphérique, a alors été enregistré dans la roche en fusion à travers le rapport entre fer oxydé et fer réduit présent dans ces micro-planètes de silicate fondu.

 

Vue en gros plan de l'expérience avec l'échantillon de magma chaud entouré de gaz et maintenu en suspension (© P. Sossi / ETH Zurich)

Une atmosphère primitive peu accueillante

L'équipe de chercheurs a ensuite cherché une correspondance avec les mêmes ratios fer oxydé / fer réduit présents de nos jours dans les roches du manteau terrestre. De manière étonnante, ils ont découvert que la première atmosphère de notre planète ne pouvait pas contenir de gaz riches en hydrogène essentiels à la vie (ammoniac et méthane), mais plutôt du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone. De plus, les proportions et les pressions de ces gaz dans l'atmosphère primitive de la Terre étaient probablement similaires à celles observées sur la planète Vénus aujourd'hui, cette dernière contenant environ 96,5% de CO2, 3,5 % de N2 et une pression 92 fois supérieure à celle de la Terre.


Alors pourquoi ces deux planètes semblent-elles si différentes aujourd'hui ? Paolo Sossi et ses collègues suggèrent que la position de la Terre, située dans la "zone habitable" de notre système solaire, lui a probablement permis de retenir de l'eau liquide à sa surface sous la forme des premiers océans, lesquels ont absorbé une grande partie de son atmosphère initiale riche en CO2. En effet, la situation tempérée de la Terre, ainsi que sa grande taille, ont contribué à l'instauration de conditions clémentes à sa surface pendant de longues périodes géologiques. Tandis que Vénus, qui reçoit presque deux fois plus de rayonnements solaires que notre planète, n'a pas pu conserver sa dotation initiale en eau en raison des températures constamment élevées à sa surface.


Des acides aminés, ingrédients essentiels à la vie, peuvent-ils se développer dans de telles atmosphères ? Le mystère reste entier.

 

En savoir plus :

Sossi, P.A., Burnham, A. D., Badro, J., Lanzirotti, A., Newville, M. & O’Neill, H.St.C. Redox state of Earth’s magma ocean and its Venus-like early atmosphere. Science Advances. doi: 10.1126/sciadv.abd1387

 

Date de publication : 
26 Novembre 2020