Communiqué / Alerte presse


Genèse d'une atmosphère terrestre primitive riche en CO2 et pauvre en eau

le 3 novembre 2021

Razvan Caracas, chercheur au LGL-TPE, a mené une étude avec une équipe de chercheurs qui a permis de déterminer la composition de l'atmosphère primitive terrestre.

Après l’impact géant, il y a 4,47 milliards d’années, entre la Terre et le planétoïde Théia, la Terre s’est condensée dans un état de matière fondue. Cet océan de magma a dominé la Terre primitive et influencé l’évolution de notre planète pendant son premier milliard d’années. Pendant sa condensation à de très hautes températures et pressions, ce magma silicaté a capturé une grande quantité des molécules volatiles, telles que le dioxyde de carbone et l’eau. Plus tard, lorsque l’océan de magma s’est mis à se refroidir et cristalliser, une bonne partie de ces molécules ont été relâchées vers l’atmosphère. C’est ainsi que la composition chimique de l’atmosphère primitive a été drastiquement modifiée.

À l’aide de simulations atomistiques, une équipe de chercheurs a reproduit le comportement du CO2 et de l’H2O dans le magma silicaté et analysé les conditions de surface et des couches limite en contact avec la surface. Ils ont ainsi pu observer que le dégazage initial du magma était dominé par le CO2. Celui-ci a en effet tendance à former des bulles de gaz, même aux hautes pressions qu’on trouve en allant jusqu’à des profondeurs de 40 km sous la surface de l’océan de magma. Ces conditions sont d’ailleurs similaires aux chambres profondes de magma basaltique sous les dorsales océaniques, où le même processus a lieu aujourd’hui. Lorsque la pression de l’atmosphère terrestre a commencé à se rapprocher des valeurs actuelles, le dégazage d’H2O a progressivement remplacé celui de CO2. Ces résultats suggèrent donc que l’atmosphère primitive a été riche en CO2 et pauvre en H2O pendant un temps considérable.

Pour la réalisation de leurs calculs, les chercheurs ont bénéficié du support informatique et de l’accès aux machines de calculs des trois gros centre nationaux des superordinateurs : Occigen au C.I.N.E.S, Irene-Joliot Curie au TGCC et Jean-Zay à l’IDRIS, à l’aide des projets de calcul nationaux (eDARI 1006368) et européens (PRACE, RA4947). Le projet a été financé par le Conseil Européen de la Recherche (ERC, avec le grant IMPACT no. 68181 attribué à Razvan Caracas en 2016).

 
Magma silicaté
Magma silicaté

Les simulations du magma (dont tous les atomes sont représenté en gris)
montrent que la formation des bulles de gaz est dominée par le CO2 (carbone en jaune),
tandis que les atomes d’hydrogène (en bleu) restent dissous dans le magma silicaté.


En savoir plus

Genesis of a CO2-rich and H2O-depleted atmosphere from Earth’s early global magma ocean – Science Advances Vol 7, Issue 41
Natalia V. Solomatova et Razvan Caracas
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0406
 

Contact

Razvan Caracas
Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
razvan.caracas[at]ens-lyon.fr

Le communiqué est disponible en intégralité sur le site internet de l'INSU.
Publié le 3 novembre 2021