Un vaste océan mondial pourrait avoir couvert la Terre primitive au début de la période archéenne, il y a 4 à 3,2 milliards d’années, un effet secondaire d’avoir un manteau plus chaud qu’aujourd’hui, selon de nouvelles recherches.
Les nouvelles découvertes remettent en question les hypothèses antérieures selon lesquelles la taille de l’océan mondial de la Terre est restée constante au fil du temps et offrent des indices sur la façon dont sa taille peut avoir changé au cours du temps géologique, selon les auteurs de l’étude.
La plupart des eaux de surface de la Terre se trouvent dans les océans. Mais il y a un deuxième réservoir d’eau profondément à l’intérieur de la Terre, sous forme d’hydrogène et d’oxygène attaché aux minéraux dans le manteau.
Une nouvelle étude en Avances AGU, qui publie des recherches et des commentaires à fort impact et en libre accès sur les sciences de la Terre et de l’espace, estime la quantité d’eau que le manteau pourrait contenir aujourd’hui et la quantité d’eau qu’il aurait pu stocker dans le passé.
Les résultats suggèrent que, puisque la Terre primitive était plus chaude qu’elle ne l’est aujourd’hui, son manteau peut avoir contenu moins d’eau parce que les minéraux du manteau retiennent moins d’eau à des températures plus élevées. En supposant que le manteau a actuellement plus de 0,3 à 0,8 fois la masse de l’océan, un océan de surface plus grand aurait pu exister au début de l’Archéen. À cette époque, le manteau était d’environ 1 900 à 3 000 degrés Kelvin (2 960 à 4 940 degrés Fahrenheit), contre 1 600 à 2600 degrés Kelvin (2 420 à 4220 degrés Fahrenheit) aujourd’hui.
Si la Terre primitive avait un océan plus grand qu’aujourd’hui, cela aurait pu modifier la composition de l’atmosphère primitive et réduire la quantité de lumière solaire réfléchie dans l’espace, selon les auteurs. Ces facteurs auraient affecté le climat et l’habitat qui ont soutenu la première vie sur Terre.
«Il est parfois facile d’oublier que l’intérieur profond d’une planète est en fait important pour ce qui se passe avec la surface», a déclaré Rebecca Fischer, physicienne des minéraux à l’Université Harvard et co-auteur de la nouvelle étude. « Si le manteau ne peut contenir qu’une quantité limitée d’eau, il doit aller ailleurs, donc ce qui se passe à des milliers de kilomètres sous la surface peut avoir des implications assez importantes. »
Le niveau de la mer sur Terre est resté assez constant au cours des 541 derniers millions d’années. Les niveaux de la mer des premiers temps de l’histoire de la Terre sont cependant plus difficiles à estimer, car peu de preuves ont survécu depuis l’éon archéen. Au fil du temps géologique, l’eau peut se déplacer de la surface de l’océan vers l’intérieur par le biais de la tectonique des plaques, mais la taille de ce flux d’eau n’est pas bien comprise. En raison de ce manque d’informations, les scientifiques avaient supposé que la taille globale de l’océan restait constante au cours du temps géologique.
Dans la nouvelle étude, le co-auteur Junjie Dong, physicien des minéraux à l’Université de Harvard, a développé un modèle pour estimer la quantité totale d’eau que le manteau terrestre pourrait potentiellement stocker en fonction de sa température. Il a incorporé des données existantes sur la quantité d’eau que différents minéraux du manteau peuvent stocker et a considéré lequel de ces 23 minéraux se serait produit à différentes profondeurs et époques dans le passé de la Terre. Lui et ses co-auteurs ont ensuite lié ces estimations de stockage au volume de l’océan de surface lorsque la Terre s’est refroidie.
Jun Korenaga, géophysicien à l’Université de Yale qui n’a pas participé à la recherche, a déclaré que c’était la première fois que des scientifiques associaient des données de physique minérale sur le stockage de l’eau dans le manteau à la taille de l’océan. « Ce lien n’a jamais été soulevé dans le passé », a-t-il déclaré.
Dong et Fischer soulignent que leurs estimations de la capacité de stockage de l’eau du manteau comportent beaucoup d’incertitude. Par exemple, les scientifiques ne comprennent pas pleinement la quantité d’eau pouvant être stockée dans la bridgmanite, le principal minéral du manteau.
Les nouvelles découvertes mettent en lumière la façon dont l’océan mondial peut avoir changé au fil du temps et peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre les cycles de l’eau sur Terre et sur d’autres planètes, ce qui pourrait être utile pour comprendre où la vie peut évoluer.
«Il est certainement utile de connaître quelque chose de quantitatif sur l’évolution du bilan global de l’eau», a déclaré Suzan van der Lee, sismologue à l’Université Northwestern qui n’a pas participé à l’étude. «Je pense que c’est important pour les sismologues de base comme moi, qui font des images de la structure actuelle du manteau et estiment sa teneur en eau, mais c’est aussi important pour les gens qui recherchent des exoplanètes contenant de l’eau et qui demandent l’origine de notre eau. . «
Dong et Fischer utilisent maintenant la même approche pour calculer la quantité d’eau pouvant être contenue à l’intérieur de Mars.
« Aujourd’hui, Mars semble très froide et sèche », a déclaré Dong. « Mais de nombreuses preuves géochimiques et géomorphologiques suggèrent que le début de Mars aurait pu contenir de l’eau à la surface – et même un petit océan – donc il y a beaucoup d’intérêt à comprendre le cycle de l’eau sur Mars. »
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