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À quoi doit-on la première glaciation sur Terre ?

Pourquoi une glaciation – la première – est-elle survenue il y a 2,3 milliards d’années ? La Terre recevait moins d'énergie du Soleil mais l’atmosphère, riche en gaz à effet de serre, devait la maintenir suffisamment chaude pour que la glace reste. L’un des principaux facteurs ayant contribué à l'extension de la couverture de glace serait l’expansion de la croûte continentale, qui joue un rôle essentiel dans le cycle du carbone.

La première glaciation a eu lieu voilà 2,5 milliards d'années, mais depuis le Quarternaire, le climat oscille continuellement, alternant période glaciaire et interglaciaire. L'image est une vue d'artiste du dernier grand maximum glaciaire. © Ittiz, Wikipédia, cc by sa 3.0 La première glaciation a eu lieu voilà 2,5 milliards d'années, mais depuis le Quarternaire, le climat oscille continuellement, alternant période glaciaire et interglaciaire. L'image est une vue d'artiste du dernier grand maximum glaciaire. © Ittiz, Wikipédia, cc by sa 3.0

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La Terre s’est formée voilà 4,6 milliards d’années, mais la première glaciation a eu lieu 2,3 milliards d’années plus tard. À l’origine pourtant, la planète ne recevait du Soleil encore jeune que 75 % du rayonnement solaire actuel, c'est-à-dire 1.000 W/m2 contre 1.368 W/m2 aujourd’hui. Le faible ensoleillement était probablement compensé par une atmosphère primitive chargée en dioxyde de carbone, qui renforçait ainsi l’effet de serre. On ne sait pas précisément pourquoi la première glaciation est intervenue à cette période, mais elle serait de nature géologique et étroitement liée à la tectonique des plaques.

En Australie, une équipe de recherche anglo-française a découvert des grains de quartz renfermant de petites bulles d’eau qui pourraient bien fournir des indices sur ce qui a causé le premier âge glaciaire. Les roches ont emprisonné l’eau il y a 3,5 milliards d’années, leur composition peut donc donner quelques informations sur la composition de l’atmosphère archéenne. Les chercheurs se sont en particulier intéressés au rapport de concentration de deux isotopes de l’argon. Celui-ci leur a permis de déterminer qu’à cette époque géologique, la croûte continentale était déjà bien établie, représentant la moitié de la surface de la croûte actuelle.

Les grains de quartz découverts par l'équipe anglo-française proviennent de la région de Pilbara, en Australie occidentale. Cette région abrite le parc national de Karijini (ici en photo) qui est le deuxième plus grand parc de la partie occidentale du pays. © Bäras, GNU 1.2
Les grains de quartz découverts par l'équipe anglo-française proviennent de la région de Pilbara, en Australie occidentale. Cette région abrite le parc national de Karijini (ici en photo) qui est le deuxième plus grand parc de la partie occidentale du pays. © Bäras, GNU 1.2

La croûte continentale joue un rôle majeur dans le climat. La position des continents modifie l’albédo de la planète, et donc la quantité de rayonnement solaire reçu sur Terre. En outre, la croûte intervient dans le cycle du carbone. Le dioxyde de carbone de l’atmosphère est dissous et acheminé jusqu’à la surface terrestre par les pluies acides. Le gaz dissous réagit et se retrouve piégé dans les roches carbonatés, comme le calcaire. Donc, si 3,5 milliards d’années auparavant, la croûte continentale occupait déjà 50 % de la couverture actuelle, on peut envisager qu’elle ait joué un grand rôle dans le stockage du gaz carbonique.

Les secrets de l’argon sur l’histoire de la Terre

Publiée dans Nature, l’étude est basée sur le rapport de concentration entre les isotopes 40Ar et 36Ar de l’argon que renfermaient ces fameuses gouttes d’eau. Les isotopes de ce gaz rare sont de bons traceurs des échanges entre la croûte continentale et l’atmosphère. L’isotope 36Ar est un élément primaire, et a été dégazé en masse du manteau très tôt dans l’histoire de la Terre. En revanche, l’isotope 40Ar était en concentration négligeable durant la période d’accrétion, il est produit par la désintégration du potassium (K). À l’heure actuelle, le 40Ar est l’isotope d’argon le plus abondant, et le rapport 40Ar/36Ar est de 298,6. Dans les bulles d’eau découvertes dans le quartz, ce rapport était de 143 ± 24.

Une telle différence ne peut s’expliquer que par une émission graduelle de l’isotope 40Ar des roches ou du magma de la croûte vers l’atmosphère, et constitue par là un excellent marqueur d’évolution de la croûte terrestre« Les signes de l'évolution de la Terre dans un passé aussi lointain sont extrêmement rares, seuls des fragments de roches très altérés et modifiés ont été découverts. Trouver un échantillon d’argon atmosphérique est remarquable et représente une percée dans la compréhension des conditions environnementales sur la Terre avant l'apparition de la vie », commentait Ray Burgess, l’un des membres de l’équipe.


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