Croûte terrestre

On a vu que la collision avec un astéroïde ayant donné naissance à la Lune il y a environ 4,5 milliards d’années pouvait être pris comme temps zéro (T₀) pour la formation des océans. Après refroidissement et précipitation des silicates vaporisés lors de la collision, l’atmosphère résiduelle de la Terre était constituée principalement de vapeur d’eau et de dioxyde de carbone CO₂ avec un niveau d’azote de l’ordre de 1% du volume total et donc négligeable. Si l’on suppose que toute la masse d’eau des océans actuels (1,4 x 10 ²¹ kg) était présente dans l’atmosphère, la pression partielle exercée par cette pression aurait été de 270 bars. À cette pression, il faut évidemment rajouter la pression partielle de CO₂. Le CO₂ de l’atmosphère primordiale était équivalent à la quantité de carbone actuel préservé sous forme de carbonates, soit 3,65 x 10 ²¹ mol, additionnée de celle contenue dans lescelle sédiments continentaux, soit 1,12 x 10 ²¹ mol et de la biosphère, soit 2,6 x 10 ¹⁷ mol. Ce total produit une pression partielle atmosphérique de 40 bars. Si l’on tient compte également de la quantité de carbone présente dans le manteau aujourd’hui, soit 2,5 x 10 ²² mol, on arrive à 170 bars de pression partielle. Dans ces conditions l’atmosphère primordiale aurait été un mélange dense de 270 bars de vapeur d’eau et de 40-210 bars de CO₂, une atmosphère très similaire à celle de Vénus. L’existence de cette atmosphère très dense produite par le mélange de gaz H₂O-CO₂ a dominé la deuxième phase de formation des océans terrestres en provoquant un effet de serre géant par effet boule de neige.

Cet effet de serre a contribué à maintenir la surface de la Terre en fusion alors que le flux de chaleur en provenance de l’intérieur de la Terre était supérieur à 150 W·m^-2. Ceci correspond au flux critique de chaleur par unité de surface correspondant à la différence entre le seuil d’effet de serre critique et la chaleur apportée par le Soleil. Pour un flux de chaleur par unité de surface inférieur à 150 W·m^-2, l’effet de serre boule de neige ne peut plus être maintenu ce qui entraîne un refroidissement rapide de la surface de la Terre. En quelques millions d’années, la surface atteint une température voisine de 1300K, valeur suffisamment basse pour produire une croûte solide de composition basaltique, qui isola l’atmosphère de l’intérieur chaud de la Terre. La surface de la Terre continua ainsi à refroidir rapidement, permettant la condensation de la vapeur d’eau.

Référence
Daniele L. Pinti (2005), «The Origin and Evolution of the Oceans», Lectures in Astrobiology, Vol. 1. M. Gargaud, B. Barbier, H. Martin & J. Reisse Eds, Springer-Verlag, New York, Berlin, p.83-112