Nouveau modèle de bombardement terrestre : comment les frappes d’astéroïdes et de comètes peuvent avoir retardé l’évolution de l’atmosphère

Une équipe dirigée par le Southwest Research Institute a mis à jour les modèles de bombardement planétaire avec les dernières informations géologiques, puis a appliqué ces modèles pour comprendre comment les impacts ont pu affecter les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère terrestre au cours de l’éon archéen, il y a 2,5 à 4 milliards d’années. Cette conception artistique illustre de gros astéroïdes pénétrant l’atmosphère pauvre en oxygène de la Terre. Crédit : SwRI/Dan Durda, Simone Marchi

Une étude révèle que les collisions qui ont bloqué la croissance de l’oxygène sur la planète sont plus courantes qu’on ne le pensait.

Il y a 2,5 à 4 milliards d’années, une époque connue sous le nom d’éon archéen, le temps sur Terre pouvait souvent être décrit comme nuageux avec un risque d’astéroïde.

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

Dans une nouvelle étude, Nadja Drabon, professeure adjointe à Harvard en sciences de la Terre et des planètes, faisait partie d’une équipe qui a analysé les vestiges d’anciens astéroïdes et modélisé les effets de leurs collisions pour montrer que les frappes ont eu lieu plus souvent qu’on ne le pensait auparavant et peuvent ont retardé lorsque l’oxygène a commencé à s’accumuler sur la planète. Les nouveaux modèles peuvent aider les scientifiques à comprendre plus précisément quand la planète a commencé à devenir la Terre que nous connaissons aujourd’hui.

“L’oxygène libre dans l’atmosphère est essentiel pour tout être vivant qui utilise la respiration pour produire de l’énergie”, a déclaré Drabon. “Sans l’accumulation d’oxygène dans l’atmosphère, nous n’existerions probablement pas.”

Le travail est décrit dans Géosciences de la nature et était dirigée par Simone Marchi, scientifique au Southwest Research Institute de Boulder, Colorado.

Les chercheurs ont découvert que les modèles de bombardement planétaire existants sous-estiment la fréquence à laquelle les astéroïdes et les comètes frapperaient la Terre. Le nouveau taux de collision plus élevé suggère que les impacteurs 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 semble être des morceaux de roche ordinaires. Ce sont en fait des preuves anciennes, connues sous le nom de sphérules d’impact, qui se sont formées lors des collisions enflammées chaque fois que de gros astéroïdes ou comètes frappaient la planète. En conséquence, l’énergie de l’impact a fait fondre et vaporisé les matériaux rocheux de la croûte terrestre, les projetant dans un panache géant. De petites gouttelettes de roche en fusion dans ce nuage se condenseraient et se solidifieraient, retombant sur Terre sous forme de particules de la taille du sable qui se déposeraient sur la croûte terrestre. Ces marqueurs anciens sont difficiles à trouver car ils forment des couches dans la roche qui ne mesurent généralement qu’environ un pouce.

“En gros, vous faites de longues randonnées et vous regardez toutes les roches que vous pouvez trouver parce que les particules d’impact sont si minuscules”, a déclaré Drabon. “Ils sont vraiment facilement manqués.”

Une étude dirigée par le SwRI a mis à jour les modèles de bombardement basés sur de petites particules vitreuses, appelées sphérules d’impact, qui peuplent plusieurs couches minces et discrètes dans la croûte terrestre, dont l’âge varie entre 2,4 et 3,5 milliards d’années. Les couches de sphérules – comme celle montrée dans cet échantillon de 5 centimètres et 2,6 milliards d’années en provenance d’Australie – sont des marqueurs d’anciennes collisions. Crédit : Avec l’aimable autorisation de UCLA/Scott Hassler et Oberlin/Bruce Simonson

Les scientifiques, comme Drabon, ont cependant pris des pauses. « Au cours des deux dernières années, des preuves d’un certain nombre d’impacts supplémentaires ont été trouvées qui n’avaient pas été reconnues auparavant », a-t-elle déclaré.

Ces nouvelles couches de sphérules ont augmenté le nombre total d’événements d’impact 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 découvrir que le taux de collision avait été sous-estimé.

Les chercheurs ont ensuite modélisé comment tous ces impacts auraient influencé l’atmosphère. Ils ont essentiellement découvert que les effets accumulés des impacts de météorites par des objets de plus de six milles ont probablement créé un puits d’oxygène qui a aspiré la majeure partie de l’oxygène de l’atmosphère.

Les résultats concordent avec les archives géologiques, qui montrent que les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère variaient mais restaient relativement bas au début de l’éon archéen. 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 déclenché par l’augmentation des niveaux d’oxygène connue sous le nom de Grand événement d’oxydation.

“Au fil du temps, les collisions deviennent progressivement moins fréquentes et trop petites pour pouvoir modifier de manière significative les niveaux d’oxygène post-GOE”, a déclaré Marchi dans un communiqué. « La Terre était sur le point de devenir la planète actuelle. »

Drabon 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 retracer dans l’enregistrement de la roche comment l’oxygène a été aspiré de l’atmosphère ? » se demanda Drabon.

Référence : « L’oxydation atmosphérique tardive et variable de l’Archéen tardif en raison de taux de collision élevés sur Terre » par S. Marchi, N. Drabon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl et T. Lyons, 21 octobre 2021, Géosciences de la nature.
DOI : 10.1038 / s41561-021-00835-9