Une vue du lac de lave du Nyiragongo, en République démocratique du Congo. Il donne une image frappante de la tectonique des plaques. Des morceaux sombres de lave refroidie sont en mouvement sous l'action de courants de convection. À leurs limites, la lave incandescente est bien visible. Des processus analogues surviennent à l'échelle des plaques tectoniques. © via Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Planète

La tectonique des plaques aurait favorisé la vie grâce à l'oxygène

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Il y a 2,4 milliards d'années, la teneur en oxygène de l'atmosphère terrestre a brusquement et fortement augmenté. Une aubaine pour les organismes vivants qui ont su profiter de cette « grande oxydation » pour se complexifier. Mais d'où est venu ce gaz, longtemps resté rare ? Des profondeurs du manteau, quand les plaques se sont mises en mouvement.

L'apparition de la tectonique des plaques il y a 2,5 milliards d'années, en favorisant la dynamique interne de la Terre, aurait permis une importante remontée d'oxygène dans l'atmosphère à l'origine de la vie sur notre planète, selon une étude publiée par la revue Geochemical Perspectives. L'étude, menée par le Laboratoire Magmas et Volcans de Clermont-Ferrand, appuyée par l'université de Montpellier et le Synchrotron de Grenoble, porte sur la quantité d'oxygène libérée par le manteau terrestre lors du passage de la Terre primitive à la Terre moderne. L'histoire se situe donc entre l'Archéen (de -4 milliards à -2,5 milliards d'années) et le Protérozoïque (de -2,5 milliards à -544 millions d'années).

« Pendant toute la période archéenne, l'atmosphère est restée anoxique, c'est-à-dire dépourvue d'oxygène. À l'époque, le manteau a pu rester relativement isolé de la surface de la Terre : la croûte terrestre, formée de petites plaques instables, "flottait" sur le manteau, sans subduction profonde », explique Denis Andrault, chercheur à l'université Clermont Auvergne, à l'origine de l'étude. « Ce régime de convection primitif a progressivement été remplacé par la tectonique des plaques moderne et a favorisé le mélange entre les réservoirs du manteau terrestre ; et donc la remontée de l'oxygène stockée dans le manteau profond, en quantité de 500 à 1.000 fois supérieure à la teneur en oxygène de l'atmosphère d'aujourd'hui », détaille ce spécialiste en physico-chimie des minéraux.

Le refroidissement du manteau aurait enclenché la tectonique des plaques

La teneur en fer ferrique (Fe3+), suggérant un excès d'oxygène dans le manteau profond, a diminué de 20 % à seulement 2 à 3 % lors de la transition Archéen-Protérozoïque, selon cette étude. « Un excès d'oxygène s'est ainsi libéré dans l'atmosphère et la vie terrestre s'est adaptée », résume le scientifique. « C'est à peu près à cette période que la Terre a connu l'évènement de la "Grande Oxydation" [vers -2,4 milliards d'années, NDLR], une étape majeure de l'évolution de la vie. Ce type de coïncidence temporelle est rarement fortuit dans la Nature et on pense qu'on peut faire un lien entre l'évolution thermochimique de l'intérieur de la Terre et la teneur en oxygène de l'atmosphère », assure Denis Andrault.

Il s'appuie sur une deuxième étude du laboratoire auvergnat, portant sur la fusion partielle du manteau, publiée ce lundi dans la revue Nature Geoscience et réalisée avec le Synchrotron Soleil du plateau de Saclay (Essonne). « Lors de l'Archéen, le manteau était encore très chaud et sa fusion partielle aurait retardé l'établissement de la tectonique des plaques et la subduction de la croûte océanique durant 2,5 milliards d'années. C'est justement le refroidissement et la solidification du manteau qui auraient induit un changement de dynamique global : l'établissement de la tectonique des plaques avec l'accrochage de la croûte terrestre et ensuite la remontée d'oxygène vers l'atmosphère », synthétise encore le chercheur.

L'article ci-dessous relate une autre explication, celle d'un effet de la sédimentation dans les océans des matériaux venus des chaînes de montagnes nées des premières collisions de continents.

Pour en savoir plus

La tectonique aurait enrichi l'atmosphère terrestre en oxygène

Article de Jean-Luc Goudet, publié le 1er août 2008

Des collisions de continents, des chaînes de montagnes brusquement érigées puis rapidement érodées et enfin un boom planctonique : ce scénario complexe, concentré sur quelques millions d'années, expliquerait l'enrichissement de l'atmosphère terrestre en oxygène.

Au début de l'histoire de la Terre et durant deux milliards d'années, l'atmosphère ne contenait pratiquement pas d'oxygène. Puis la quantité de ce gaz corrosif s'est mise à grimper par à-coups jusqu'à la concentration actuelle, de 21 % en volume. On considère que cette augmentation s'est réalisée en six étapes. Exprimées en années, leurs datations, de la plus ancienne à la plus récente, sont de 2,65 milliards, 2,45 milliards, 1,8 milliard, 600 millions, 300 millions et enfin 40 millions. Un septième épisode est cependant suspecté à 1,2 milliard d'années avant le présent.

Deux géologues australiens, Ian Campbell et Charlotte Allen, viennent d'établir une corrélation entre ces évènements et des collisions de continents. Comme ils l'expliquent dans la revue Nature Geoscience, les épisodes d'enrichissement de l'atmosphère en oxygène correspondent aux moments où le mouvement des plaques tectoniques provoquait l'affrontement de plusieurs continents. Ces télescopages ont conduit à la formation de super-continents sur lesquels de gigantesques chaînes de montagnes se soulevaient, comme le font aujourd'hui l'Himalaya, la Cordillère des Andes, les Alpes ou les Pyrénées.

Que serait la vie terrestre sans la tectonique ?

Mais quel rapport avec l'oxygène ? Pour comprendre, il faut prendre un peu de recul, regarder la planète d'assez haut et accélérer le déroulement du temps pour percevoir les mouvements géologiques. À peine surgis, ces massifs montagneux sont attaqués par l'érosion, aérienne et fluviale, qui arrache des milliards de tonnes de poussières riches en minéraux de toutes sortes, et notamment du fer. Charriées par les fleuves ou transportées par les vents, elles finissent toujours par rejoindre l'océan.

Pendant des millions d'années, toutes les mers du globe reçoivent ainsi une pluie continuelle d'engrais, une aubaine pour les organismes planctoniques photosynthétiques. Les algues et les cyanobactéries prolifèrent de plus belle et répandent autour d'elles de l'oxygène, ce gaz qui fut longtemps un poison pour la vie. De plus, l'intense sédimentation enterre au fond des océans des masses de carbone et de pyrite, les empêchant de réagir avec l'oxygène libre, dont la quantité dans l'atmosphère augmentait donc d'autant.

C'est du moins le scénario proposé par les deux chercheurs qui notent une coïncidence très nette pour six des sept étapes. Selon eux, le mécanisme se poursuit. Depuis 40 millions d'années, l'érection de l'Himalaya aurait augmenté de 15 % la teneur atmosphérique en oxygène. Une autre conséquence de cette hypothèse est le rôle de la tectonique des plaques dans le développement de la vie sur Terre. Sans elle, l'atmosphère, expliquent les chercheurs, serait plus fine et plus pauvre en oxygène...

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