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Des panaches volcaniques géants il y a environ 3,4 milliards d’années

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Des dépôts de sulfate, difficilement explicables, ont été trouvés dans des roches datant de 3,4 milliards d'années environ. On invoquait des dégagements importants d'oxygène locaux produits par les premiers organismes photosynthétiques. L'analyse des roches provenant de trois continents permet maintenant de les lier à de gigantesques panaches volcaniques couvrant la planète à trois reprises.

Un panache volcanique s'élevant au-dessus du mont Redoubt, aux États-Unis, le 21 avril 1990. L'éruption de 1989 éjecta des cendres volcaniques jusqu'à 14.000 m d'altitude. © R. Clucas, Wikipédia

On ne sait pas très bien quand la vie a démarré sur Terre ni par quels moyens. Les hypothèses se sont multipliées et certains scientifiques ont récemment fait intervenir des pierres ponces ou des volcans de boue. On pense toutefois que la découverte de la photosynthèse s'est faite par des organismes vivants voici 3,5 milliards d'années et que d'autres ont commencé à utiliser l'oxygène il y a près de 2,9 milliards d'années. L'estimation de la date à laquelle l'atmosphère de la Terre a commencé à contenir de grandes quantités d'oxygène est plus solide. Elle correspond à celle de la Grande Oxydation, encore appelée la « catastrophe de l'oxygène », voici 2,5 milliards d'années. Avant cette date, l'atmosphère de la Terre ne devait contenir que très peu d'oxygène, bien que les quantités présentes dans les océans, du fait de la présence des premières bactéries photosynthétiques, ne cessaient d'augmenter.

Or, un fait curieux intriguait les géochimistes à propos des roches datant de l'Archéen, vers 3,4 milliards d'années. On connaissait d'importants dépôts de sulfate dont la formation cadrait mal avec la pauvreté en oxygène de l'atmosphère de la Terre. D'un point de vue géochimique, on aurait dû trouver, surtout, des sulfures mais ceux-ci pouvaient avoir été oxydés en sulfates par des organismes photosynthétiques particulièrement actifs dans des zones bien localisées.

On voit ici l'une des plus célèbres éruptions du siècle dernier. Le panache de cendre du mont Saint Helens, aux États-Unis, s’est élevé en moins de 10 minutes jusqu’à une altitude de 19 km, introduisant des éjectas dans la stratosphère pendant 10 heures. © universetoday.com

De nos jours, quand des éruptions importantes se produisent, des panaches volcaniques montent au-dessus de la couche d'ozone et le dioxyde de soufre (SO2), présent dans le panache, est photodissocié par le rayonnement ultraviolet émis par le Soleil. On obtient alors des sulfates et des sulfures. Les sulfures sont instables et se transforment rapidement en sulfates en présence d'oxygène. C'est pour cette raison que des dépôts de sulfate découlant de l'activité volcanique de la planète étaient exclus à l'Archéen.

Des mégaéruptions volcaniques pendant l'Archéen

Mais une publication dans Nature Geoscience, par des membres de l'Institut de physique du globe de Paris (université Paris Diderot/CNRS) et du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques du CNRS, vient de bouleverser nos idées sur l'origine des sulfates de l'Archéen.

L'analyse d'une carotte de forage collectée en Afrique du Sud dans des roches archéennes datant de 3,2 milliards d'années, jointe à des études de roches issues de deux autres continents, l'Inde et l'Australie, montre qu'à trois reprises ces dépôts de sulfate sont associés à des mégaéruptions. Il y a 3,2 ; 3,4 et 3,5 milliards d'années, ces éruptions ont produit de gigantesques panaches volcaniques dont les traces se trouvent sous forme de cendre et de corrélations isotopiques entre les isotopes du soufre (32S, 33S et 34S) présents dans les sulfures et sulfates. On peut trouver ces marques dans la carotte extraite d'un des dépôts de sulfate archéen du craton Kaapvaal en Afrique du Sud.

Ces panaches géants ont probablement constitué une couverture nuageuse sur toute la planète. Au final, ce sont des processus atmosphériques et volcaniques complexes qui auraient bel et bien produit les mystérieux dépôts de sulfate archéens et pas, selon les termes des chercheurs, des « oasis de vie » producteurs d'oxygène.

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