Salinité océanique

La salinité de l’océan provient de 2 sources distinctes: altération de la croûte océanique et hydrothermalisme océanique. De nos jours, l’altération est la source dominante de salinité, mais durant l’Hadéen ou l’Archéen, il semblerait que ce soit plutôt l’hydrothermalisme qui ait été dominant. Le volume des continents à cette époque était plus faible, de l’ordre de 10 à 15% du volume actuel et la surface de la Terre était formée de multiples petites plaques. Les modèles suggèrent que les dorsales océaniques étaient 10 fois plus longues durant l’Archéen, produisant au niveau de ces rides médio-océaniques 2 à 3 fois plus de nouvelle croûte océanique qu’aujourd’hui. L’introduction d’espèces dissoutes via l’activité hydrothermale de ces dorsales et les interactions des fluides chauds avec la croûte océanique étaient les principaux phénomènes caractérisant cette période. La présence de de grandes quantités de fer en provenance des crêtes de ces dorsales prouve que c’est la manteau qui tamponnait la chimie océanique de cette époque. Le Protérozoïque marque la fin de la dominance des sources hydrothermales pour réguler la salinité océanqiue et le début du contrôle par l’érosion des continents. La mesure des variations des rapports isotopiques du strontium (Sr) et du néodyme (Nd) dans les sédiments marins de l’Archéen et du Protérozoïque permet de suivre les changements de cette salinité océanique. La croûte océanique est en effet enrichie en rubidium (Rb) car cet élément est incompatible avec le magma cristallisé formant la croûte, ce qui signifie qu’il préfère rester dans le magma liquide résiduel. L’isotope ⁸⁷Rb se désintégrant en isotope ⁸⁷Sr, le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr de la crôute augmente par rapport à celle du manteau qui se trouve corrélativement appauvrie en rubidium. Ainsi les rapports isotopiques ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr de carbonates archéens ont des valeurs comprises entre 0,7025 ± 0,0015 et 0,7031 ± 0;0008. Ces valeurs sont proches de celles caractéristiques du manteau durant l’Archéen (< 0,703). Les carbonates actuels ont un rapport isotopique supérieur à 0,715, indiquant que la source de Sr dans l’océan a évolué avec un enrichissement progressif en ⁸⁷Sr en provenance de la croûte.\nLes études isotopiques de microbialites Archéennes des plateaux calcaires de Campbellrand en Afrique du Sud ont permi de contraindre le rapport entre les sources de salinité hydrothermales et continentales comme le montre la figure suivante pour les rapports ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd et ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr mesurés dans des microbialites âgées de 2,52 milliards d’années:

Ces rapports montrent un mélange des réservoirs de Nd et Sr entre le manteau et la croûte océanique. En faisant un double bilan massique et isotopique, il a été possible d’estimer le rapport entre les flux du manteau et continentaux pour les éléments dissous dans l’océan au moment de la transition entre l’Archéen et le Protérozoïque qui s’est produite il y a 2,5 milliards d’années. Ceci suggère que flux d’éléments depuis le manteau vers les océans était 3 fois plus important que le flux continental, alors que ce rapport est de nos jours compris entre 0,3 et 0,5. Nous arrivons au terme de ce petit voyage consacré à l’eau primordiale. Vous ressentez peut-être maintenant l’extraordinaire chance que nous avons de pouvoir connaître tout cela. Juste une dernière page pour savoir dans quelle mesure l’'eau de mer moderne diffère de l’eau de mer Hadéenne...

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.