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mercredi 28 mai 2014

Température océanique

On pense que la masse océanique est devenue stable il y a 3,9 milliards d’années, quand le bombardement météoritique massif de la Terre a pris fin. Si le volume des océans n’a pas beaucoup changé durant les 4 milliards d’années passées, on est sûr que la chimie de ces océans a beaucoup évolué. Durant ces 4 milliards d’années écoulées depuis la formation des océans, la température a diminué d’une valeur d’environ 230°C, valeur d’équilibre compatible avec une atmosphère massive de dioxyde de carbone CO2, à la valeur actuelle de 20°C à la surface. Cette baisse de température est liée au déclin progressif de la quantité de CO2 dans l’atmosphère entraînant une diminution de l’effet de serre. L’évolution de la température océanique peut être déduite en analysant le rapport δ18O = 18O/16Omesuré dans des chailles, une roche dure composée de grains de silice extrêmement fins (silex, jaspe, onyx, etc...).


On a pu ainsi constaté que les rapports δ18O de l’eau et des chailles décroissait au fur et à mesure que la température des océans augmentait, en raison du fractionnement isotopique lié à la précipitation de la silice contenue dans l’océan. Par conséquent, en mesurant le rapport δ18O de chailles d’âges différents, on peut se faire une idée de l’évolution de la température des océans au cours du temps. De telles mesures réalisées sur des chailles de l’Archéen suggèrent que de telles roches se sont formées à partir d’un océan 50°C plus chaud qu’aujourd’hui. Ce résultat a été contesté car il pourrait aussi très bien refléter la variation de composition isotopique du rapport δ18O des anciens océans. Toutefois, la valeur δ18O = 0 ± 3 ‰ pour l’eau de mer moyenne de référence au cours du protérozoïque suggère que la signature isotopique des océans n’a pas varié de manière significative au cours des éons écoulés. Le problème avec de tels paléo-thermomètres est l’origine douteuse des chailles de l’Archéen. La plupart d’entre eux semblent avoir été formés à partir de gels de silice ayant précipité en milieu hydrothermal. Les température déduites des rapports δ18O pourraient donc très bien refléter la température de précipitation de la silice à partir de fluides hydrothermaux, plutôt que la température de l’eau de mer ambiante.\n\nUne méthode alternative pour mesurer la température des océans primitifs pourrait faire appel à l’analyse de l’eau de mer contenue dans des inclusions de roches anciennes. On a pu ainsi retrouver de telles inclusions d’eau de mer dans des oxydes de fer de la ceinture rocheuse de couleur verte de Barberton en Afrique du Sud, âgée de 3,5 à 3,2 milliards d’années. Ces roches semblent provenir de dépôts émis par les bouches hydrothermales de sols marins datant de l’Archéen. Cette interprétation a été constestée récemment sur la base que ces roches sont principalement composée de goethite, un oxy-hydroxyde instable thermiquement, dérivant de la dissolution à une époque quaternaire de sidérites Archéennes. Il se pourrait donc que ces oxydes de fer soient des dépôts jeunes de sources sub-aériennes et ne contiennent aucun témoin des environnements Archéens. À l’opposé, bien qu’une remobilisation du fer ait pu avoir lieu au cours d’une érosion quaternaire, les inclusions de fluide de ces oxydes de fer présentent des texture primaires et des témoins géochimiques qui militent en faveur d’un origine Archéenne incontestable.
Si les fluides contenus dans de telles inclusions ont été préservés à des conditions de température et de pression différentes (profondeur) des fluides originaux, la séparation de phase aura eu lieu au sein de ces inclusions. Dans le cas de l’eau de mer, le changement de température et de pression peut produire une séparation de la phase saline du liquide. Un chauffage ou un refroidissement de la roche homogénéise les phases contenues dans les inclusions, ce qui permet de connaître la température de formation. Dans le cas de ces oxydes de fer, on a pu déduire une température de 39°C, valeur inférieure de 70°C à celle suggérée par le rapport δ18O des chailles. L'étape suivante est de comprendre comment le pH des océans a évolué au cours du temps.

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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