Notre Grand Labo d'aujourd'hui se trouve dans de vieilles roches volcaniques d'Afrique du sud— des tuffs du Venterdorp Supergroup, bien connus des géologues — et notre objet est particulier, bizarre: un oxymore, il s'agit bien de gouttes de pluie fossilisées! Étrange n'est-ce pas? Il existe des plantes fossilisées, des animaux, ...mais de l'eau?!
Rappelons ce que sont les fossiles. Ce sont des traces minérales, géologiques, d'êtres vivants. Soit ils se sont calcifiés (par exemple), soit leur empreinte sur le sol s'est pétrifiée. Il y a encore les insectes «pris» dans de la résine, emprisonnés dans une substance transparente. Pour les gouttes d'eau, il s'agit de traces d'impact de fortes pluies dans une roche meuble qui s'est durcie avec le temps, c'est le cas de certaines matières volcaniques, comme les tuffs, lorsqu'elles se pétrifient.
Pascale: Mais pourquoi étudier de telles traces?
Alexandre: il y a près de trois milliards d'années, le soleil brillait moins qu'aujourd'hui, environs 75% de la valeur actuelle. Donc le sol aurait dû être gelé partout. Mais on sait d'autre part qu'il existait déjà de l'eau liquide sur la terre.
Donc la Terre conservait bien ses calories, celles reçues du Soleil mais aussi celles produites en son centre (comme aujourd'hui d'ailleurs, le noyau terrestre produit toujours de la chaleur).
Pascale: alors comment peut-on expliquer cette conservation de chaleur?
Alexandre: deux hypothèses s'affrontent: soit l'atmosphère était beaucoup plus dense qu'aujourd'hui, agissant comme une sorte de grosse couverture d'air et de nuages, ...soit elle était de même densité qu'aujourd'hui mais avec une concentration en gaz à effet de serre plus élevée!
Comment trancher?!
Pascale: C'est ici qu'arrivent les gouttes de pluie fossilisées!
Alexandre: oui elles tombent bien! La taille des gouttes et la profondeur de l'impact permettent de trancher!
L'idée-clé est celle-ci: plus l'atmosphère était dense, plus les gouttes devaient tomber lentement et laisser une trace peu profonde dans la roche en train de se solidifier.
La solution est donnée par leur taille et leur vitesse de chute qu'on peut déduire de la trace fossile laissée dans la roche!: les grosses gouttes laissent de plus larges impacts que les petites, et surtout, les gouttes rapides laissent des impacts plus profonds que les gouttes lentes!
Des chercheurs de l'Université de Washington, reprenant une idée déjà publiée il y a 15 ans, ont pensé la chose, ont fait les calculs, fait des expériences et ont publié leur article dans Nature le mois passé!
Les expériences consistaient à projeter des gouttes de toutes les tailles, à différentes vitesse, sur des boues volcaniques équivalente à celles des Tuffs du Venterdorp Supergroup.
Pascale: et quelle est la conclusion des chercheurs?
Alexandre: eh bien, l'atmosphère, était un peu plus dense qu'aujourd'hui, mais pas vraiment, pas suffisamment pour expliquer la présence d'eau liquide sur une Terre qui aurait dû geler. Ils en concluent a contrario que ce sont des gaz à effet de serre qui ont joué ce rôle salvateur pour l'évolution de la vie sur Terre. L'effet de serre parfois bénéfique donc, dans ce cas-ci.
Pascale: C'est une conclusion un peu en demi-teinte non?
Alexandre: oui. Parce qu'elle est négative: si ce n'est pas la densité donc il ne peut s'agir que de l'effet de serre. Or, pour conclure aux gaz à effets de serre, il aurait fallu en voir les vraies traces. Et à deux milliards d'années d'ici, c'est pas évident! Les bulles d'air emprisonnées dans les glaces des pôles — et qu'on peut analyser — ne permettent de remonter que de quelques centaines de milliers d'années, rien du tout comparé à trois milliards d'années, c'est dix mille fois plus court.
Il y a aussi d'autres paramètres à prendre en compte! Le noyau terrestre était-il plus chaud qu'aujourd'hui?
Ainsi, la science au jour le jour fonctionne par essais et erreurs, par faisceaux de présomptions et d'arguments plus ou moins solides qui se discutent, par «tâtonnements étayés», un autre oxymore pour faire écho à ces étonnants fossiles de gouttes de pluie trèèès prolongées!
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Références :
—l’article dans le Point
Le passé de la Terre lu dans... quelques gouttes d'eau !http://www.lepoint.fr/science/le-passe-de-la-terre-lu-dans-quelques-gouttes-d-eau-29-03-2012-1446425_25.php
—l’article dans Nature
Air density 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints
Sanjoy M. Som, David C. Catling, Jelte P. Harnmeijer, Peter M. Polivka & Roger Buick
Nature (2012)
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10890.html
—l’article d’il y a 15 ans dans Sedimentary Geology
Raindrop imprints in the Late Archaean-Early Proterozoic Ventersdorp Supergroup, South Africa
Sedimentary Geology, Volume 61, Issues 3–4, February 1989, Pages 303-309
W.A. van der Westhuizen, N.J. Grobler, J.C. Loock, E.A.W. Tordiffe
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003707388990064X
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