Un nouvel éclairage de l’histoire de l’atmosphère terrestre à travers les isotopes du néon et du xénon

Suivre l’évolution de la composition de l’atmosphère terrestre au cours des temps géologiques permet de retracer l’histoire de notre planète et des processus qui l’ont façonnée depuis plus de 4 milliards d’années. Deux mécanismes majeurs demeurent encore mal connus pour les périodes les plus anciennes : le dégazage du manteau et l’échappement atmosphérique vers l’espace.

Dans une étude publiée dans la revue Science Advances, une équipe de chercheurs de l’Institut de Physique du Globe de Paris (Université Paris Cité, CNRS) et de la Washington University in St. Louis (États-Unis) a analysé la composition isotopique et élémentaire des gaz rares (néon, argon, krypton et xénon) piégés dans des inclusions fluides de quartz hydrothermaux très anciens, issus de la ceinture de roches vertes de Barberton (3,3 milliards d’années, Afrique du Sud) et du Fortescue Group (2,7 milliards d’années, Australie). Véritables capsules temporelles, ces inclusions enregistrent la composition de l’atmosphère au moment de leur formation.

Les résultats montrent que le rapport isotopique du néon (²⁰Ne/²²Ne) était légèrement plus bas dans l’atmosphère primitive, traduisant une activité mantellique intense et un dégazage important de néon solaire au cours des premiers milliards d’années de l’histoire terrestre. Par ailleurs, l’atmosphère archéenne contenait environ deux fois plus de xénon qu’aujourd’hui, confirmant un échappement progressif du xénon vers l’espace et donc un appauvrissement de ce gaz au fil du temps.

Ces observations apportent de nouvelles contraintes sur les processus physiques et chimiques qui ont façonné l’atmosphère de la Terre et éclairent les transitions majeures, comme l’événement de grande oxydation il y a 2,3 milliards d’années, lorsque l’oxygène a commencé à s’accumuler dans l’air.