Essentielle à la vie telle qu’elle est connue sur Terre, l’eau circule entre les continents, les océans et les atmosphère dans un processus connu sous le nom de cycle de l’eau. On ne sait pas exactement quand celui-ci a débuté.
Recouverte d’eau à plus de 70 %, la Terre n’est pas pour autant l’astre qui en détient le plus. Proportionnellement à sa taille et à sa masse, elle en est même loin. Cérès, par exemple, dont l’exploration scientifique par la sonde Dawn vient de commencer, en contient de grandes quantités, au moins 25 % de sa masse selon les estimations. Il en est de même pour Europe, satellite de Jupiter. Plus petite que la Terre elle contient davantage d’eau. Par contre la Lune et Mars dans le système solaire, semblent en être à peu près dépourvues.
D’après une étude publiée dans la revue britannique Nature Geoscience, l’eau douce serait quant à elle apparue sur la Terre il y a environ quatre milliards d’années, soit 500 millions d’années plus tôt que ce que les scientifiques ne le pensaient jusqu’alors. De quoi remettre en cause l’hypothèse actuelle, selon laquelle la Terre était alors entièrement recouverte par un océan.
Mais d’où venait toute cette eau ? L’hydrogène et l’oxygène qui la composent furent créés voici plusieurs milliards d’années. Pour le premier, quelques instants après le Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années, et pour le second, un peu plus tard. Le sujet est cependant encore en cours de débat et la date reste difficile à préciser.
La production de l’oxygène ayant débuté avec la première génération d’étoiles, plusieurs centaines de millions d’années — voire quelques milliards d’années — furent donc nécessaires pour que son abondance dans la galaxie soit significative et permette l’avènement de l’eau (sous forme de glace et de vapeur) au sein des nuages de gaz et de poussières dans lesquels se forment les étoiles (et autour d’elles, les planètes).
Une équipe de chercheurs estime aujourd’hui qu’un milliard d’années environ après le Big Bang, les conditions pouvaient déjà être favorables à l’apparition de l’eau. Les premières étoiles étaient vraisemblablement très massives et ne vivaient pas très longtemps. Aussi, l’oxygène qu’elles ont synthétisé et dispersé lors de leur explosion est venu enrichir plusieurs poches de gaz encore pauvre en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium
Selon eux, puisqu’à cette période l’univers était plus dense et plus chaud qu’aujourd’hui, de l’eau sous sa forme gazeuse aurait pu se former à une température de 300 K, soit environ 26,6 °C. « Nous avons examiné la chimie au sein de jeunes nuages moléculaires qui contiennent 1.000 fois moins d’oxygène que notre Soleil explique Avi Loeb du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (et coauteur de cette étude publiée dans Astrophysical Journal Letters et disponible sur arXiv. À notre grande surprise, nous avons trouvé qu’il est possible d’obtenir autant de vapeur d’eau que l’on peut en observer (actuellement) dans notre propre Galaxie. »
En outre, en dépit des rayonnements ultraviolets des jeunes étoiles qui cassent massivement les molécules, une production soutenue a pu tout à fait contrebalancer, au fil de plusieurs centaines de millions d’années, la dégradation, affichant ainsi un équilibre comparable à celui qui est observé aujourd’hui dans l’univers.
Vous pouvez accumuler des quantités d’eau importantes à l’état gazeux; même sans un gros enrichissement en éléments lourds », souligne Samuel Bialy (université de Tel-Aviv) qui a dirigé l’équipe. Vitale pour nous, cette molécule que l’on côtoie chaque jour a presque un goût d’éternité.
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Précisions à la date du 06/06/2024
Une récente étude révolutionne notre compréhension des débuts de la Terre en dévoilant des preuves de la présence d’eau douce il y a 4 milliards d’années. Cette découverte repousse de 500 millions d’années la date estimée de l’apparition de l’eau douce, modifiant ainsi notre perception de l’évolution précoce de notre planète.
Les récentes recherches menées par des scientifiques de l’Université Curtin et de l’Université Khalifa ont bouleversé notre compréhension des premières étapes de l’histoire de la Terre. L’étude des cristaux de zircon, les plus anciens matériaux terrestres connus, a révélé des preuves de la présence d’eau douce il y a 4 milliards d’années, bien avant ce que l’on pensait.
Cette découverte, publiée dans la revue Nature Geoscience, remet en question les théories actuelles qui décrivaient une Terre primitive entièrement recouverte d’océans. En suggérant que des conditions favorables à l’émergence de la vie étaient réunies beaucoup plus tôt, ces résultats offrent une nouvelle perspective sur les premiers environnements habitables de notre planète et ouvrent la voie à des explorations scientifiques renouvelées pour comprendre les origines de la vie sur Terre.
Dans un article de The conversation, les auteurs de l’étude rappellent que deux éléments sont essentiels pour que la vie émerge sur une planète. À savoir : la terre ferme et l’eau douce. Bien que l’eau douce ne soit pas indispensable, elle n’existe qu’en présence de terres émergées. Ces conditions permettent aux molécules organiques, telles que les acides aminés et nucléiques, de se transformer en formes de vie bactériennes, amorçant le cycle évolutif.
Les traces de vie les plus anciennes sur Terre, découvertes dans des roches, remontent à 3,5 milliards d’années, avec des indices chimiques suggérant une origine remontant à 3,8 milliards d’années. Les scientifiques pensent que la vie pourrait être encore plus ancienne, mais les preuves concrètes font encore défaut.
C’est pourquoi les chercheurs ont effectué une analyse minutieuse de cristaux de zircon extraits des Jack Hills en Australie occidentale. Il s’agit de la seule région, connue actuellement, abritant les plus anciens matériaux terrestres. Mais pourquoi les cristaux ?
La Terre a un peu plus de 4,5 milliards d’années. Or les roches les plus anciennes découvertes par les scientifiques ont à peine plus de 4 milliards d’années. Afin d’appréhender l’histoire qui se cache dans les 500 premiers millions d’années, les cristaux sont essentiels. Ils proviennent de roches plus anciennes et ont fini par se déposer dans des roches plus jeunes. Et contrairement aux roches, les cristaux conservés les plus anciens remontent à 4,4 milliards d’années. Comprendre leur composition, notamment en oxygène, permettra de savoir si de l’eau existait lors de leur formation. S’il s’agit d’eau douce, nous saurons qu’il existait déjà à 4,4 milliards d’années des terres émergées. Les deux facteurs seront réunis pour que la vie entame son histoire.
C’est pourquoi les chercheurs ont effectué une analyse minutieuse de cristaux de zircon extraits des Jack Hills en Australie occidentale. Il s’agit de la seule région, connue actuellement, abritant les plus anciens matériaux terrestres. Mais pourquoi les cristaux ?
La Terre a un peu plus de 4,5 milliards d’années. Or les roches les plus anciennes découvertes par les scientifiques ont à peine plus de 4 milliards d’années. Afin d’appréhender l’histoire qui se cache dans les 500 premiers millions d’années, les cristaux sont essentiels. Ils proviennent de roches plus anciennes et ont fini par se déposer dans des roches plus jeunes. Et contrairement aux roches, les cristaux conservés les plus anciens remontent à 4,4 milliards d’années. Comprendre leur composition, notamment en oxygène, permettra de savoir si de l’eau existait lors de leur formation. S’il s’agit d’eau douce, nous saurons qu’il existait déjà à 4,4 milliards d’années des terres émergées. Les deux facteurs seront réunis pour que la vie entame son histoire.
Article
Published: 03 June 2024
Onset of the Earth’s hydrological cycle four billion years ago or earlier
- Hamed Gamaleldien, and others
Nature Geoscience 2024
Reference
Article
Published: 03 June 2024
Onset of the Earth’s hydrological cycle four billion years ago or earlier
- Hamed Gamaleldien, and others
Nature Geoscience (2024)
Abstract
Widespread interaction between meteoric (fresh) water and emerged continental crust on the early Earth may have been key to the emergence of life, although when the hydrological cycle first started is poorly constrained. Here we use the oxygen isotopic composition of dated zircon crystals from the Jack Hills, Western Australia, to determine when the hydrological cycle commenced. The analysed zircon grains reveal two periods of magmatism at 4.0–3.9 and 3.5–3.4 billion years ago characterized by oxygen isotopic compositions below mantle values (that is,18O/16O ratios <5.3 ± 0.6‰ relative to Vienna Standard Mean Ocean Water (2 s.d)). The most negative 18O/16O ratios at around 4.0 and 3.4 billion years ago are as low as 2.0‰ and –0.1‰, respectively. Using Monte Carlo simulations, we demonstrate that such isotopically light values in zircon require the interaction of shallow crustal magmatic systems with meteoric water, which must have commenced at or before 4.0 billion years ago, contemporaneous with the oldest surviving remnant of Earth’s continental crust. The emergence of continental crust, the presence of fresh water and the start of the hydrological cycle probably facilitated the development of the environmental niches required for life fewer than 600 million years after Earth’s formation.
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