Comment les impacts d’astéroïdes et de comètes peuvent retarder l’évolution de l’atmosphère

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Des études montrent que les collisions qui arrêtent la croissance de l’oxygène sur la planète se produisent plus souvent qu’on ne le pense.

Il y a 2,5 à 4 milliards d’années, une époque connue sous le nom d’Aeon archéen, le temps sur Terre était souvent décrit comme nuageux avec des astéroïdes possibles.

À cette époque, il n’était pas rare que des astéroïdes ou des comètes frappent la Terre. En fait, la plus grande, de plus de dix kilomètres de diamètre, a modifié la chimie des premières atmosphères de la planète. Bien que tout cela soit largement accepté par les géologues, on ne comprend pas bien à quelle fréquence ce gros astéroïde a frappé et comment exactement l’impact de l’impact a affecté l’atmosphère, en particulier les niveaux d’oxygène. Une équipe de chercheurs pense désormais avoir des réponses.

Dans une nouvelle étude, Nadja Drabon, professeure adjointe à Harvard en sciences de la Terre et des planètes, faisait partie d’une équipe qui a analysé les restes d’anciens astéroïdes et modélisé les effets de leurs collisions pour montrer que leurs impacts étaient plus fréquents qu’on ne le pensait et pouvaient s’est passé. s’est produit en retard parce que l’oxygène a commencé à s’accumuler sur la planète. Les nouveaux modèles pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre quand la planète a commencé son voyage vers la Terre telle que nous la connaissons aujourd’hui.

“L’oxygène libre dans l’atmosphère est essentiel pour tout être vivant qui utilise la respiration pour produire de l’énergie”, a déclaré Drabon. “Sans l’accumulation d’oxygène dans l’atmosphère, nous n’existerions probablement pas.”

Une équipe dirigée par le Southwest Research Institute a mis à jour les modèles de bombardement planétaire pour comprendre à quel point un impact comme celui montré ici aurait pu affecter les niveaux d’oxygène de l’atmosphère terrestre dans l’archéen Eon il y a 2,5 à 4 milliards d’années. Crédit photo : SwRI / Simone Marchi

Le travail est décrit dans Nature Geoscience est une revue scientifique mensuelle à comité de lecture publiée par le Nature Publishing Group qui couvre tous les aspects des sciences de la Terre, y compris la recherche théorique, la modélisation et le travail sur le terrain. D’autres travaux connexes sont également publiés dans des domaines tels que les sciences de l’atmosphère, la géologie, la géophysique, la climatologie, l’océanographie, la paléontologie et les sciences spatiales. Il a été créé en janvier 2008.

“> Géosciences naturelles et dirigé par Simone Marchi, scientifique au Southwest Research Institute de Boulder, Colorado.

Les chercheurs ont découvert que les modèles existants de bombardement planétaire sous-estimaient la fréquence à laquelle les astéroïdes et les comètes heurtaient la Terre. Les nouveaux taux de collision plus élevés suggèrent que les impacteurs frappent la planète tous les 15 millions d’années, environ dix fois plus que les modèles actuels.

Les scientifiques s’en sont rendu compte après avoir analysé un enregistrement de roche apparemment ordinaire. Il s’agit en fait de preuves anciennes connues sous le nom de grains d’impact qui se forment lors de collisions enflammées chaque fois qu’un gros astéroïde ou une comète frappe la planète. En conséquence, l’énergie d’impact fond et vaporise le matériau rocheux de la croûte terrestre, le jetant dans un énorme nuage. De minuscules gouttelettes de roche en fusion dans ces nuages ​​se condenseront et durciront, retombant sur terre sous forme de particules de la taille du sable qui se déposeront dans la croûte terrestre. Ces marques anciennes sont difficiles à trouver car elles forment des couches dans des roches qui ne mesurent généralement qu’un pouce de haut.

“En gros, il suffit de faire une longue randonnée et de regarder toutes les roches que vous pouvez trouver parce que les particules d’impact sont si minuscules”, a déclaré Drabon. “Ils sont si faciles à manquer.”

Une étude menée par SwRI a mis à jour un modèle de bombardement basé sur de minuscules particules de verre appelées grains d’impact qui remplissent plusieurs couches minces et séparées de la croûte terrestre qui ont entre 2,4 et 3,5 milliards d’années. Des couches sphériques – comme celle de cet échantillon vieux de 2,6 milliards d’années provenant de 5 centimètres d’Australie – sont des marqueurs d’anciennes collisions. Crédit photo : avec l’aimable autorisation de UCLA / Scott Hassler et Oberlin / Bruce Simonson

Cependant, des scientifiques comme Drabon ont détecté des fractures. “Ces dernières années, des preuves ont été trouvées d’un certain nombre d’effets supplémentaires auparavant non reconnus”, a-t-il déclaré.

Cette nouvelle couche sphérique augmente le nombre total d’événements de collision connus au début de la Terre. Cela a permis à l’équipe du Southwest Research Institute de mettre à jour son modèle de bombardement pour constater que le taux de collision était sous-estimé.

Les chercheurs ont ensuite modélisé comment toutes ces influences affecteraient l’atmosphère. Fondamentalement, ils ont découvert que l’effet cumulatif des impacts de météorites d’objets de plus de 10 kilomètres (4 miles) créait probablement un puits d’oxygène qui aspirait la majeure partie de l’oxygène de l’atmosphère.

Les résultats sont cohérents avec les archives géologiques, qui montrent que les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère variaient mais restaient relativement bas au début de l’âge archéen. C’était jusqu’à il y a environ 2,4 milliards d’années, à la fin de cette période, lorsque le bombardement a ralenti. La Terre a ensuite subi un changement majeur dans la chimie de surface déclenchée par l’augmentation des niveaux d’oxygène connue sous le nom de Grand événement d’oxydation.

“Au fil du temps, les collisions sont devenues moins fréquentes et trop petites pour pouvoir modifier considérablement la teneur en oxygène après GOE”, a déclaré Marchi dans un communiqué. “La Terre est en passe de devenir une planète en ce moment.”

Drabon a déclaré que la prochaine étape du projet serait de tester leur travail de modélisation pour voir ce qu’ils pourraient eux-mêmes modéliser sur les rochers.

« Pouvons-nous réellement voir dans les enregistrements rupestres comment l’oxygène est aspiré de l’atmosphère ? » se demanda Drago.

Référence : « Oxydation retardée et variée de l’atmosphère archéenne tardive en raison de taux de collision élevés sur Terre » par S. Marchi, N. Drabon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl et T. Lyon, le 21 octobre 2021, Géosciences naturelles.
DOI : 10.1038 / s41561-021-00835-9

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