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mercredi 28 mai 2014

Eau de Mer

Les changements dans les source de salinité, de pH et d’état rédox de l’océan a probablement eu pour conséquence d’altérer les concentrations relatives des espèces dissoutes dans l’eau de mer ancestrale. Toutefois, cette salinité semble dans tous les cas dominée depuis le tout début par la chlorure de sodium ou halite, NaCl. Une saumure saline très proche de celle de l’eau de mer moderne aurait pu être produite via des réactions entre les roches et l’eau au niveau des dorsales depuis l’Hadéen. La découverte de traces d’eau de mer préservées dans des roches anciennes serait évidemment d’une utilité considérable pour mieux caractériser cette chimie. Les inclusions âgées de 3,2 milliards d’années trouvées dans les oxydes de fer de la ceinture rocheuse de couleur verte de Barberton en Afrique du Sud contiennent deux fluide mélangés. Le premier fluide est de l’eau de mer ayant une composition fixée par le ternaire NaCl-CaCl2-H2O tandis que le second est d’origine hydrothermale avec une composition fixée par le ternaire CaCl2-FeCl2-H2O. Des études récentes portant sur des inclusions de fluides primaires trouvées dans des zébrures de quartz du Dome du pole Nord en Australie de l’Ouest âgées de 3,5 milliards d’années montrent la présence d’eau de mer ancestrale ayant une composition NaCl-CaCl2-H2O similaire à celle des roches vertes de Barberton. La concentration des principaux cations et anions dissous dans les fluides Archéens de ces roches vertes est donnée dans la figure suivantes:


Le tableau suivant donne pour sa part quelques valeurs chiffrées:


Le rapport Na/Cl de l’eau de mer Archéenne se trouve être le même (0,858) que les océans actuels, bien que la quantité de sodium et de chlore soit 165% plus haute que celle de l’eau de mer moderne. Les concentrations en ions Ca2+ et Sr2+ sont 22 et 50 fois plus grandes qu’aujourd’hui. Ces concentrations supérieures en Ca et Sr pourraient provenir de réactions avec des carbonates. La concentration en ions Mg2+ est pratiquement la même que celle de l’eau de mer moderne, tandis que la concentration en ions K+ est 87% plus forte. La concentration en ions SO42- est en revanche plus basse que dans l’eau de mer moderne, ce qui pourrait être expliqué par des réactions entre les sulfates de calcium et les fluides hydrothermaux, ou bien encore par des réactions entre ces fluides et la croûte océanique. Ces dernières réactions auraient cependant pour conséquence de réduire considérablement la quantité de Mg, ce qui permet d’écarter cette hypothèse. Finalement, les quantités de brome et d’iode sont 2,6 et 74 fois plus élevées que ce que l’on observe dans l’eau de mer moderne.\r\nLe rapport Br/Cl de l‘eau de mer Archéenne a été estimé à 2,5 x 10-3, valeur proche de celle du manteau 2,9 x 10-3 mais plus haute que celle observée dans l’eau de mer moderne 1,54 x 10-3. Le rapport I/Cl de de l‘eau de mer Archéenne était de 40 x 10-6, valeur nettement plus élevée que celle de l’eau de mer moderne 0,9 x 10-6 mais inférieure à celle du manteau 190 x 10-6. Deux hypothèses peuvent être avancées pour expliquer cet enrichissement en halogènes. La première est que la chimie de l’océan Archéen était contrôlée par une interaction hydrothermale à grande échelle entre la pile volcano-sédimentaire de la croûte océanique et l’eau de mer. En d’autres termes, la chimie de l’océan était tamponnée par le manteau, source d’iode et de brome. La deuxième hypothèse prend en compte le rôle de la biosphère qui appauvri l’eau de mer en halogènes. Dans l’eau de mer moderne, le brome et l’iode sont déficitaires car ils sont fixés par le plancton sous forme de métabolites. L’enterrement de la matière organique avec les sédiments provoque un retrait des halogènes de l’océan. D’autres hypothèses font appel à l’existence d’une biosphère interagissant de manière différente avec les halogènes, comme l’absence de plancton ou des processus métaboliques différents, ce qui aurait préservé les halogènes au sein des océans Archéens. Une autre hypothèse suggère que le taux d’enterrement du carbone durant l’Archéen était plus faible que celui d’aujourd’hui. Ce taux d’enterrement est en ait contrôlé par le taux de sédimentation, qui dépend à son tour de la surface continentale disponible à l’érosion en surface. Des continents plus petits dominaient la période Archéenne et il est fort probable que la sédimentation et l’enterrement du carbone était beaucoup plus faible que ce qui est observé de nos jours, entraînant une conservation des halogènes dans la colonne d’eau Archéenne.

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.

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