• Géochimie: la composition isotopique de l’oxygène de microfossiles a permis de reconstruire la composition isotopique de l’oxygène des océans au cours des temps géologiques!____¤201611

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Warm Archean oceans reconstructed from oxygen isotope composition of early-life remnants» ont été publiés dans la revue Geochemical Perspectives Letters, a permis, grâce à l’analyse de la composition isotopique de l’oxygène de microfossiles extraits de roches âgées de 600 millions à plus de 3.4 milliards d’années, de reconstruire la composition isotopique de l’oxygène des océans au cours des temps géologiques.

     

    Indiquons tout d'abord que «tous les processus chimiques et physiques sont accompagnés par des ‘fractionnements isotopiques’», c'est-à-dire que «les différents isotopes de l’oxygène (variantes d’un atome d’oxygène qui diffèrent par leur nombre de neutron, et donc leur masse) sont fractionnés lors des processus d’évaporation ou de condensation par exemple».

     

    Par ailleurs, on sait, «depuis plus d’un demi-siècle», que «l’ampleur du fractionnement isotopique entre une espèce chimique et la solution aqueuse à partir de laquelle elle a précipité varie en fonction de la température» de sorte que «la composition isotopique de l’oxygène des roches qui ont précipitées dans les océans» peut «permettre de reconstruire l’évolution de la température des océans au cours des temps géologiques».

     

    Pour ces reconstructions de paléo-températures, «les cherts, roches essentiellement constituées de silice (SiO2), ont beaucoup été utilisés», car «ils résistent relativement bien à l’altération après leur formation, et qu’on les observe dans de nombreuses formations dont l’âge peut aller jusqu’à 3.5 milliards d’années».

     

    Il apparaît ainsi que «les rapports 18O/16O mesurés dans des échantillons de cherts collectés aux quatre coins du monde dans des roches dont l’âge s’étend depuis l’actuel jusqu’à 3.5 milliards d’années ont globalement augmenté progressivement de 20 ‰ à 35 ‰ par rapport à la composition actuelle de l’oxygène des océans». Cette observation peut être interprétée de prime abord comme indiquant une diminution de la température des océans de 70-80 °C il y a 3.5 milliards d’années à 5-10 °C aujourd’hui, si tous ces cherts ont précipité dans les océans».

     

    Comme cette interprétation repose sur le postulat essentiel «que la composition isotopique de l’oxygène des océans n’ait pas varié de façon importante au cours des temps, ce qui n’a jamais été directement mesuré», elle a été contestée notamment car de telles températures «apparaissent difficilement réconciliables avec une luminosité solaire environ 20 % plus faible qu’aujourd’hui il y a 2.5 milliards d’années».

     

    De ce fait, «certains auteurs ont proposé un autre scénario dans lequel le rapport 18O/16O des océans a augmenté progressivement au cours des derniers 3.5 milliards d’années» ce qui implique que «le fractionnement isotopique de l’oxygène entre chert et océans est «resté le même au cours du temps, correspondant à des températures constantes autour de 15-30 °C».

     

    En vue d’obtenir «de nouvelles contraintes sur l’évolution de la composition isotopique des océans au cours des temps», il a été mesurée, dans le cadre de l'étude ici présentée, la composition isotopique «de l’oxygène de résidus de matière organique âgés de 580 millions d’années à 3.4 milliards d’années et issus de la dégradation de microorganismes habitant les océans de la Terre primitive, et non pas celle des cherts desquels ces résidus ont été extraits».

     

    Le principe cette méthode repose sur le fait que «contrairement aux processus thermodynamiques, les fractionnements isotopiques associés aux processus biologiques semblent être largement indépendants de la température». Comme «globalement, les rapports 18O/16O de ces résidus de matière organique sont ~20 ± 5 ‰ plus élevés que la composition actuelle des océans et ne varient que très peu au cours des temps géologiques», la composition isotopique de l’oxygène des océans paraît, en fin de compte, être «restée à peu près constante au cours des derniers 3.5 milliards d’années».

     

    Ces nouvelles données, qui semblent «écarter l’hypothèse d’une augmentation progressive du rapport 18O/16O des océans depuis 3.5 milliards d’années», consolide «l’interprétation qui associe la décroissance globale des rapports 18O/16O enregistrée par les cherts à une diminution de la température des océans de 50-60 °C depuis 3.5 milliards d’années». De plus, «cette diminution est également similaire aux estimations dérivées de la composition isotopique du silicium de ces cherts par exemple, ou de la température de stabilité mesurée sur des protéines ancestrales de bactéries».

     

    En conséquence, le maintien «de telles températures durant la période Archéenne, alors que la luminosité solaire était environ 20-25 % plus faible qu’aujourd’hui», a probablement nécessité «un effet de serre important qui a pu être en partie soutenu par des pressions atmosphériques de CO2 et N2 importantes».

     

    En outre, le fait que «la décroissance progressive des températures à la surface de la Terre au cours du temps semble corrélée avec l’émersion progressive des continents depuis 3.0-3.5 milliards d’années», laisse penser «que le processus contrôlant au premier ordre les variations des températures à la surface du globe à l’échelle des temps géologiques est la consommation et séquestration du CO2 atmosphérique en réponse à l’érosion des surfaces continentales».

     

     


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  • Commentaires

    1
    Sdiri Naoua
    Lundi 21 Novembre 2016 à 17:11

    un beau article scientifique.

    SVP je besoin de cet article.

    Est ce possible de m'envoyer sur mail ?

    Merci.

      • Mardi 22 Novembre 2016 à 06:39

        Merci pour ce commentaire!

        Mais, il vous incombe de travailler à partir des liens qui ont été indiqués.

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