Au total, les chercheurs ont recensé 57 processus qui conduisent à la formation de cristaux. © Thierry Berguerand
Planète

Il n'y a que sur Terre qu'il existe autant de minéraux !

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[EN VIDÉO] Formation d'un cristal à l'échelle atomique  Un cristal de sel est filmé durant sa formation à une résolution encore jamais atteinte : atomique ! © 2021 American Chemical Society 

Une étude de 15 ans détaille pour la première fois les origines et la diversité de chaque minéral connu sur Terre. Les chercheurs espèrent grâce à cela retracer l'histoire ancienne de notre Planète.

C'est une étude inhabituelle qui vient de sortir dans la revue American Mineralogist. Des chercheurs se sont penchés sur les minéraux présents sur Terre, dans le but de recenser tous les types existants et la manière dont ils ont été formés. Le résultat final : une base de données de plus de 10.500 combinaisons d'espèces minérales et processus de formation, avec plus de 6.000 minéraux et 57 procédés différents. Parmi eux, plus de 250 minéraux qui dateraient d'avant la Terre et proviendraient directement de météorites, donc de fragments d'astéroïdes« Personne n'a entrepris cette tâche énorme auparavant, a déclaré le Dr Robert M. Hazen, premier auteur de l'étude et chercheur au sein du Earth and Planets Laboratory, dans la ville de Washington. Chaque spécimen minéral a une histoire. Chacun raconte une histoire. Chacune est une capsule temporelle qui révèle le passé de la Terre comme rien d'autre ne le peut. »

La vie au cœur des minéraux 

C'est après 15 ans de recherche que les chercheurs sont parvenus à obtenir un tel résultat. Pour cela, ils ont utilisé des bases de données minérales préexistantes en libre accès, combinées avec des milliers d'articles et de recherches en minéralogie. À partir de toutes ces informations, ils ont créé une base de données gigantesque, la plus complète jamais obtenue, qui pour la première fois prend en compte chaque processus de formation pour chaque minéral connu. Parmi toutes les informations qu'ils en ont tirées, l'importance de l'eau figure dans le top. En effet, pour 80 % des espèces minérales, l'eau a joué un rôle essentiel. « Ce travail change fondamentalement notre vision de la diversité des minéraux sur la planète, a déclaré le Dr Hazen. Par exemple, plus de 80 % des minéraux de la Terre étaient véhiculés par l'eau, ce qui est donc fondamentalement important pour la diversité minérale de cette planète. Par extension, cela explique l'une des principales raisons pour lesquelles la Lune et Mercure et même Mars ont beaucoup moins d'espèces minérales que la Terre. »

De plus, l'étude démontre l'importance, au-delà de l'eau, de la vie : pour environ 50 % des minéraux, la biologie a joué un rôle direct ou indirect dans leur formation. Et pour 1.900 espèces, soit près d'un tiers, le minéral s'est formé exclusivement grâce à des processus biologiques ! « Le travail nous dit aussi quelque chose de très profond sur le rôle de la biologie, a ajouté le Dr Hazen. Un tiers des minéraux de la Terre n'aurait pas pu se former sans la biologie : les coquillages, les os et les dents, ou les microbes, par exemple, ou le rôle indirect mais vital de la biologie, comme la création d'une atmosphère riche en oxygène qui a conduit à 2.000 minéraux qui ne se seraient pas formés autrement. »

Un exemple de biominéral : une ammonite opalisée, appartenant à un sous-groupe éteint de céphalopodes. C'est le processus d'opalisation qui lui donne cet aspect irisé. © Arkenstone, Rob Lavinsky

Un œil sur l'histoire de la Terre 

Comme l'explique l'étude, les minéraux de la Terre sont finalement des marqueurs de la vie qu'elle contient. La plupart d'entre eux ont d'ailleurs été formés lors de l'émergence de la vie, durant les 250 premiers millions d'années de notre Planète, comme de minuscules cristaux de zircon vieux de 4,4 milliards d'années. Ces derniers constituent les plus anciens minéraux créés sur Terre. Mais d'autres sont encore plus anciens : 296 minéraux ont été reconnus comme étant « antérieurs à la Terre », dont certains auraient plus de 7 milliards d'années, donc plusieurs milliards d'années de plus que le Système solaire.

Finalement, les chercheurs expliquent dans leur étude que tout a commencé avec des éléments chimiques relativement abondants, comme l'hydrogène, le carbone, l'oxygène, ou le magnésium. Ils précisent que la « diversification minérale importante s'est ensuite produite via deux processus principaux, d'abord par la sélection et la concentration graduelles d'éléments plus rares par les interactions fluide-roche, puis par des processus d'érosion et d'oxydation proches de la surface biologiquement induits ». Puis l'arrivée de l'être humain, ou plutôt la révolution industrielle à partir de 1800, a contribué à son tour : plus de 600 minéraux recensés proviennent d'activités humaines, dont plus de 500 de l'exploitation minière. Enfin, parmi ceux-là, 234 viennent exclusivement des incendies de mines de charbon.

Les chercheurs ont recensé jusqu'à 21 façons différentes de créer un même minéral : la pyrite, de formule chimique FeS2. Elle peut se former sous haute ou basse température, avec ou sans eau, avec l'aide de microbes, mais aussi par des processus abiotiques, donc sans intervention d'une quelconque forme de vie. © Arkenstone, Rob Lavinsky

À terme, les chercheurs espèrent retracer l'histoire plus détaillée de la Terre, en particulier de ses débuts, grâce à cette nouvelle gigantesque base de données. Notamment l'histoire géologique : chaque minéral retrouvé est un indicateur des conditions physico-chimiques qui régnaient là où il a été créé. « Le travail remarquable de Hazen et Morrison offre un moyen potentiel de découvrir de manière prévisible d'éventuels minéraux dans la nature. Les minéraux peuvent être essentiels pour reconstruire toute la vie passée et prédire la vie future de la Terre », et comprendre l'évolution des minéraux nous offrira une nouvelle voie pour pouvoir explorer l'espace lointain et rechercher une vie extraterrestre et des planètes habitables », s'est enthousiasmé Anhua Lu, président de l'Association internationale de minéralogie (IMA).


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