L’atmosphère de la Terre a-t-elle été aussi toxique que celle de Vénus ?

À quoi ressemblait l’atmosphère terrestre il y a 4,5 milliards d’années ? Elle était peut-être aussi toxique que l’est celle de Vénus actuellement, selon une équipe de scientifiques, qui a publié ce 25 novembre 2020 dans Science Advances. Par rapport à aujourd’hui, la Terre aurait alors été presque méconnaissable, résume un communiqué présentant la publication.

Actuellement, les atmosphères des deux planètes sont bien différentes. « L’atmosphère actuelle de N₂-O₂ [ndlr : formules du diazote et du dioxygène] de de la Terre diffère nettement de celle de ses voisines planétaires, Vénus et Mars, qui ont toutes deux des atmosphères riches en CO₂ [dioxyde de carbone] et avec peu de N₂ », rappellent les auteurs. Vénus est connue pour sa température très chaude en surface, estimée à 465°C.

On sait déjà qu’autrefois la Terre devait probablement être recouverte de magma. Néanmoins, déterminer à quoi devait ressembler l’atmosphère terrestre est plus délicat. Mais des échanges constants devaient très probablement avoir lieu entre ce magma et l’atmosphère de la Terre : l’influence de l’un sur l’autre peut éventuellement permettre d’en savoir davantage. C’est pourquoi les scientifiques ont fait une expérience de laboratoire, en recréant ce que devait être ce magma.

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Vue d'artiste de la Terre il y a 4,5 milliards d'années et aujourd'hui.

Source : Tobias Stierli / NCCR PlanetS (image recadrée)

Les scientifiques ont travaillé sur une poudre, à la composition similaire au manteau terrestre. Pour qu’elle puisse fondre et former un magma, il a fallu la chauffer à hauteur de 2 000°C, dans un four. Les mélanges gazeux circulants autour de ce magma pourraient être, aux yeux des chercheurs, semblables à ceux qui composaient possiblement l’atmosphère terrestre il y a 4,5 milliards d’années.

Que sont les péridotites ?

Ce qui a tout particulièrement intéressé les scientifiques était d’observer comment le fer présent dans le magma s’oxydait. Autrement dit, comment il rouillait, en présence de l’oxygène contenu dans le mélange de gaz que les scientifiques « soufflaient » sur leur magma de laboratoire. Ainsi, ils ont pu obtenir un résultat proche de roches qui composent l’essentiel du manteau terrestre, les péridotites. Le fer oxydé dans ces roches contient encore des informations sur l’atmosphère primitive. En comparant les véritables roches et leurs roches créées en laboratoire, les scientifiques ont pu tester divers mélanges de gaz, et repérer lequel se rapprochait le plus de ce qui a dû constituer l’atmosphère de la Terre encore jeune.

Résultat : les chercheurs en déduisent que la Terre, après que son magma se soit refroidi, devait avoir une atmosphère principalement composée de dioxyde de carbone, ainsi que d’azote et d’eau. La pression de surface devait être plus élevée qu’aujourd’hui. Ces caractéristiques peuvent faire penser à Vénus. « Nous montrons que l’atmosphère dégazée d’un océan de magma primordial sur la Terre primitive, après refroidissement, aurait ressemblé à celle de Vénus actuellement », peut-on lire dans l’étude.

Deux résultats principaux

Pour les scientifiques, il y a deux principaux enseignements à tirer de cette découverte.

• Vénus et la Terre ont dû avoir au départ des atmosphères assez semblables, mais Vénus a dû perdre son eau du fait de sa proximité avec le Soleil. Sur Terre, les océans ont contribué à réduire les niveaux de dioxyde de carbone.
• Cette découverte ne va pas dans le sens de ce qu’on appelle l’expérience de Miller, qui montrerait que l’apparition de la vie sur Terre peut avoir une origine chimique. L’expérience repose sur le fait que des composants chimiques présents dans l’atmosphère primitive de la Terre auraient formé des acides aminés, sous l’action des éclairs. Pour les auteurs de la nouvelle étude, les gaz n’étaient pas assez abondants pour que cela puisse se produire.