Les panaches volcaniques, à l'origine des dépôts de sulfate il y a 3,5 milliards d'années ?

Publié par Adrien le 25/06/2016 à 00:10
Source: CNRS-INSU
Dans un monde dépourvu d'oxygène, les espèces oxydées telles que le sulfate sont rares. La présence d'importants dépôts de barytine (sulfate de baryum) il y a de 3,5 à 3,2 milliards d'années, c'est-à-dire bien avant la grande oxygénation de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), représente donc encore aujourd'hui une énigme. Jusqu'à présent, on considérait ces dépôts de sulfates comme des témoins d'une activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) microbienne. Une étude menée par des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) du Globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) (CNRS/IPGP/Université Paris Diderot) vient de montrer que ces sulfates auraient en réalité été produits par diverses réactions photochimiques dans les panaches volcaniques. Ces travaux ont été publiés dans la revue PNAS.


Comparaison des compositions isotopiques en ?34S des aérosols de sulfate modernes (A) avec celles des barytines archéennes obtenues in situ à la sonde ionique (B). Les sulfates archéens et modernes présentent deux domaines de compositions (à ~50/00 en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et ~90/00 en bleu) en commun, liés à des réactions photochimiques du SO2 et de l'OCS dans l'atmosphère. Le troisième domaine de composition (vert) défini par les aérosols modernes est associé au cycle biologique actuel dans l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et...).

La concentration ainsi que la composition isotopique du sulfate des océans a évolué au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) en fonction des changements de sources (altération oxydative des pyrites, magmatisme/hydrothermalisme et réactions photochimiques dans l'atmosphère) et/ou de puits (réduction microbienne/hydrothermale du sulfate, précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et d'agrégation à l'intérieur des...) d'évaporite) de sulfate à l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée...). Le budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) du sulfate sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la...) est raisonnablement bien contraint à partir de ~2,3 Ga, période à partir de laquelle l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) est devenu un composant majeur de l'atmosphère. En revanche, nos connaissances sont encore très limitées à l'Archéen où l'altération des sulfures sur les continents devait être négligeable compte tenu du faible taux d'oxygène présent dans l'atmosphère à cette période. Dans ces conditions, comment expliquer l'apparition de sulfate dans l'océan il y a entre 3,5 et 3,2 milliards d'années ? Est-ce le résultat de conditions de préservation particulières, de périodes d'intense production d'aérosols de sulfate ou encore d'un cycle biologique du soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) exceptionnellement actif ?



Schéma interprétatif de la formation et déposition des aérosols de sulfate archéens lors de périodes d'intense activité volcanique. A. Photographie du dépôt massif de barytine de la formation Dresser en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En plus de...) attribuée à une caldera volcanique. Un homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction,...) entouré en blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec...) donne l'échelle. B. Photographie d'un niveau de barytine associé à des sédiments volcano-clastiques de la formation Mapepe en Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de la surface des terres...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) (forage BBDP). C. Photographie d'une lame mince de cendres volcaniques de la formation Mapepe (forage BBDP) dans lequel a été préservé un niveau millimétrique de barytine (pointillés rouges).

Pour répondre à cette question, une équipe de chercheurs de l'IPGP a étudié l'isotopie du soufre dans les deux principaux dépôts de sulfate archéens des formations Mapepe en Afrique du Sud et Dresser en Australie, âgés respectivement de 3,24 et 3,49 milliards d'années. Ces formations, particulièrement bien préservées, ont été échantillonnées à partir des carottes de forage BBDP et PDP2 qui ont été prélevées entre 2004 et 2008 lors de deux campagnes de forage financées par le CNRS-INSU et l'IPGP. Grâce à des analyses in situ des quatre isotopes du soufre à la sonde ionique du CRPG (Nancy, service national INSU), ces chercheurs ont mis en évidence une plus grande variabilité des compositions isotopiques préservées dans les grains de barytine permettant alors de déconvoluer les différentes signatures atmosphériques et océaniques. Ces résultats ont permis de confirmer l'existence d'une réaction photochimique spécifique à l'atmosphère réduite de l'Archéen. Les chercheurs ont aussi identifié d'autres sources photochimiques caractéristiques de la stratosphère (La stratosphère est la seconde couche de l'atmosphère terrestre, se situant au-dessus de la troposphère et sous la mésosphère. Les températures atteintes dans...) moderne qui semblent donc avoir persisté tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de l'histoire de la Terre (L'histoire de la Terre couvre approximativement 4,6 milliards d'années (4 567 000 000 années), depuis la formation de la Terre à partir de la nébuleuse solaire...).
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