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L'espace antique antique révèle une torsion surprenante dans l'évolution de la première atmosphère de la Terre

Des taches d'anciennes régions spatiales qui ont dérivé sur Terre il y a 2, 7 milliards d'années donnent aux scientifiques un premier aperçu de la composition chimique de la haute atmosphère de notre jeune planète.

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La recherche suggère que la haute atmosphère ancienne de la Terre contenait à peu près la même quantité d'oxygène qu'aujourd'hui, environ 20%. Cela va à l'encontre de ce que les scientifiques avaient supposé: puisque la basse atmosphère de la Terre primitive était pauvre en oxygène, les chercheurs pensaient que la haute atmosphère était également dépourvue de gaz.

Les scientifiques expliquent que les résultats, détaillés dans le numéro de cette semaine de la revue Nature, ouvrent une nouvelle voie pour étudier l'évolution de l'atmosphère dans le temps profond et fournissent de nouvelles informations sur la manière dont l'atmosphère terrestre a évolué dans son état actuel.

"L'atmosphère en évolution a modifié la chimie d'un grand nombre de processus géologiques, dont certains sont responsables de la formation de ressources minérales gigantesques", explique Andrew Tomkins, auteur principal de l'étude, de l'Université Monash de Melbourne, en Australie. Cette recherche "nous aide à réfléchir à la biosphère. hydrosphère-géosphère et leur évolution au fil du temps », explique-t-il.

Les micrométéorites utilisées pour l'étude ont été récupérées dans des échantillons de calcaire anciens de la région de Pilbara en Australie occidentale. Les sphérules cosmiques ont fondu après être entrées dans l'atmosphère terrestre à des altitudes d'environ 50 à 60 milles.

«Les gens avaient déjà trouvé des micrométéorites dans les roches, mais personne n’avait pensé les utiliser pour étudier la chimie atmosphérique», explique Tomkins.

Lorsque les objets minuscules ont fondu et se sont reformés très haut dans l'atmosphère ancienne, ils ont réagi avec l'oxygène de leur environnement et se sont transformés. Les chercheurs ont pu examiner ces anciens micrométéorites pour voir quels changements chimiques ils avaient subis au cours de leur voyage dans l'atmosphère.

Gommier La région de Pilbara en Australie occidentale, où les scientifiques ont découvert les micrométéorites (SimonKr doo / iStock)

À l'aide d'un microscope, Tomkins et ses collègues ont découvert que les micrométéorites étaient autrefois des particules de fer métallique transformées en oxydes de fer après avoir été exposées à l'oxygène.

Les scientifiques soutiennent que pour qu'une telle transformation chimique se produise, les niveaux d'oxygène dans la haute atmosphère terrestre pendant l'Eon archéen (il y a 3, 9 à 2, 5 milliards d'années) devaient être beaucoup plus élevés qu'on ne le pensait auparavant.

Les calculs effectués par le co-auteur de l'étude, Matthew Genge, expert en poussières cosmiques à l'Imperial College de Londres, suggèrent que la concentration en oxygène dans la haute atmosphère devrait être d'environ 20% - ou proche des niveaux actuels - pour expliquer les observations.

"Je pense que c'est vraiment excitant qu'ils aient un moyen de tester la composition de l'atmosphère [supérieure] à travers ces micrométéorites", a déclaré Jim Kasting, géoscientifique à la Pennsylvania State University, qui n'a pas participé à l'étude.

Tomkins et son équipe pensent que leurs nouveaux résultats pourraient conforter l’idée proposée par Kasting et d’autres selon laquelle l’atmosphère terrestre de l’Archéen était superposée, les atmosphères inférieure et supérieure étant séparées par une couche intermédiaire floue. Cette couche aurait été composée de méthane, un gaz à effet de serre, produit en grande quantité par les premiers organismes producteurs de méthane, appelés «méthanogènes».

Le méthane aurait absorbé la lumière ultraviolette et libéré de la chaleur pour créer une zone chaude bloquant le mélange vertical de différentes couches atmosphériques.

Selon ce scénario, la couche de brume aurait inhibé le mélange vertical jusqu'au «grand événement d'oxydation» il y a 2, 4 milliards d'années, lorsque la cyanobactérie photosynthétisante a produit de l'oxygène en quantités suffisantes pour pouvoir dissiper le méthane.

«L'oxygène et le méthane ne vont pas bien ensemble, alors cette augmentation d'oxygène aurait éventuellement fait réagir le méthane hors du système», déclare Tomkins. "L'élimination du méthane permettrait un mélange plus efficace des atmosphères supérieure et inférieure."

Tomkins a toutefois souligné que cette hypothèse doit encore être vérifiée et il envisage de faire équipe avec Kasting pour développer des modèles informatiques permettant de simuler le mélange vertical dans des atmosphères de compositions différentes.

«Nous avons prélevé un échantillon de la haute atmosphère à un moment donné», déclare Tomkins. "L'étape suivante consiste à extraire les micrométéorites de roches couvrant une vaste gamme de temps géologiques et à examiner les changements généraux dans la chimie de la haute atmosphère."

En savoir plus sur cette recherche et plus encore à l'observatoire Deep Carbon.

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