Comment les collisions d’astéroïdes et de comètes ont retardé l’évolution de l’atmosphère

L’étude a révélé que les collisions qui ont stoppé la croissance de l’oxygène sur la planète sont plus fréquentes qu’on ne le pensait auparavant.

Entre 2,5 et 4 milliards d’années, une époque connue sous le nom d’éon archéen, le temps sur Terre peut souvent être décrit comme nuageux avec la possibilité d’un astéroïde.

À l’époque, il n’était pas rare que des astéroïdes ou des comètes frappent la Terre. En fait, le plus grand d’entre eux, large de plus de six milles, a modifié la chimie de l’atmosphère primitive de la planète. Bien que tout cela ait été généralement accepté par les géologues, ce qui n’est pas bien compris, c’est la fréquence à laquelle ces gros astéroïdes entreront en collision et comment les effets des impacts ont affecté l’atmosphère, en particulier les niveaux d’oxygène. Une équipe de chercheurs pense maintenant avoir des réponses.

Dans une nouvelle étude, Nadia Drapon, professeure adjointe de sciences de la Terre et des planètes à l’Université Harvard, faisait partie d’une équipe qui a analysé les anciens restes d’astéroïdes et modélisé les effets de leurs collisions pour montrer que les frappes se sont produites plus souvent qu’on ne le pensait auparavant, et peut avoir été retardée lorsque l’oxygène a commencé à s’accumuler sur la planète. De nouveaux modèles pourraient aider les scientifiques à comprendre plus précisément quand la planète a commencé son chemin vers la Terre que nous connaissons aujourd’hui.

« L’oxygène libre dans l’atmosphère est essentiel pour tout organisme qui utilise la respiration pour produire de l’énergie », a déclaré Drapon. « S’il n’y avait pas eu l’accumulation d’oxygène dans l’atmosphère, nous n’existerions probablement pas. »

Une équipe dirigée par le Southwest Research Institute a mis à jour des modèles de bombardement planétaire pour comprendre comment des impacts importants, comme celui illustré ici, ont affecté les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère terrestre à l’époque archéenne, il y a 2,5 à 4 milliards d’années. Crédit : SwRI / Simone Marchi

Le travail est décrit dans sciences naturelles de la terre Il était dirigé par Simon Marchi, un scientifique du Southwest Research Institute de Boulder, Colorado.

Les chercheurs ont découvert que les modèles actuels de bombardement planétaire sous-estiment la fréquence à laquelle les astéroïdes et les comètes entrent en collision avec la Terre. Le nouveau taux de collision élevé indique que les collisions frappent la planète environ tous les 15 millions d’années, environ 10 fois plus que les modèles actuels.

Les scientifiques s’en sont rendu compte après avoir analysé les enregistrements de ce qui semblait être des morceaux de roche ordinaires. Il s’agit en fait de preuves anciennes, connues sous le nom de boules d’impact, qui se sont formées lors de collisions enflammées à chaque fois que de gros astéroïdes ou comètes frappent la planète. En conséquence, l’énergie de la collision a fait fondre le matériau rocheux de la croûte terrestre et l’a évaporé, libérant un panache géant. De petites gouttelettes de roche en fusion dans ce nuage se condensent et se solidifient, retombant sur le sol sous forme de particules de la taille du sable qui se déposent sur la croûte terrestre. Ces marques anciennes sont difficiles à trouver car elles forment des couches dans la roche qui ne dépassent généralement pas un pouce environ.

« En gros, vous faites de longues promenades et regardez toutes les roches que vous pouvez trouver parce que les particules d’impact sont si petites », a déclaré Drapon. « Je les ai vraiment manqués si facilement. »

Une étude menée par SwRI a mis à jour des modèles de bombardement basés sur de minuscules particules de verre, appelées sphères d’impact, qui remplissent plusieurs couches minces et séparées de la croûte terrestre, dont l’âge varie entre 2,4 et 3,5 milliards d’années. Des couches de globules, comme celle que l’on voit dans ce spécimen australien de 5 centimètres et 2,6 milliards d’années, sont des signes d’anciennes collisions. Crédit : Avec l’aimable autorisation de UCLA/Scott Hasler et Oberlin/Bruce Simonson

Mais les scientifiques, comme Drapon, ont eu leurs pauses. « Au cours des deux dernières années, des preuves ont été trouvées pour un certain nombre d’effets supplémentaires qui n’avaient pas été reconnus auparavant », a-t-elle déclaré.

Ces nouvelles couches globulaires ont augmenté le nombre total d’événements de collision connus au début de la Terre. Cela a permis à l’équipe du Southwest Research Institute de mettre à jour leurs modèles de bombardement pour constater que le taux de collision avait été sous-estimé.

Les chercheurs ont ensuite modélisé comment tous ces effets pourraient affecter l’atmosphère. Essentiellement, ils ont découvert que les effets cumulatifs des collisions de météorites par des objets de plus de six milles de taille ont probablement créé un puits d’oxygène qui a absorbé la majeure partie de l’oxygène de l’atmosphère.

Les résultats sont cohérents avec les archives géologiques, qui montrent que les niveaux d’oxygène atmosphérique variaient mais restaient relativement faibles au début de la période archéologique. C’était le cas jusqu’à il y a environ 2,4 milliards d’années, à la fin de cette période, lorsque le bombardement a ralenti. La Terre a ensuite subi un changement majeur dans la chimie de surface résultant de l’augmentation des niveaux d’oxygène connue sous le nom de Grand événement d’oxydation.

« Au fil du temps, les collisions sont devenues progressivement moins fréquentes et trop petites pour pouvoir modifier de manière significative les niveaux d’oxygène post-GOE », a déclaré Markey dans un communiqué. « La Terre était en passe de devenir la planète actuelle. »

Drapon a déclaré que les prochaines étapes du projet incluent la mise à l’épreuve de leur travail de modélisation pour voir ce qu’ils peuvent modéliser dans les roches elles-mêmes.

« Pouvons-nous réellement tracer dans la roche comment l’oxygène a été absorbé de l’atmosphère ? » demanda Drapun.

Référence : « Oxydation atmosphérique tardive et variable due à des taux de collision plus élevés sur Terre » par S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl et T. Lyons, octobre 21 2021, sciences naturelles de la terre.
DOI : 10.1038 / s41561-021-00835-9