Tusch et Münker ont développé une nouvelle méthode puissante pour extraire de minuscules traces de tungstène à partir de roches anciennes. Puis ils sont allés chercher les rochers.

Ils ont d’abord analysé les roches archéennes collectées dans la région d’Isua, à l’ouest du Groenland. Tusch a passé 11 mois à analyser les échantillons, mais à la fin, ses données sur le tungstène 182 étaient plates, sans variation significative entre les échantillons. Les chercheurs ont supposé que les roches du Groenland avaient été déformées et chauffées au cours de leur histoire, brouillant leurs informations géochimiques.

Ils avaient besoin de meilleures roches, alors ils se sont dirigés vers Pilbara en Australie occidentale. «Il possède certaines des roches archéennes les mieux préservées de toute la planète», a déclaré Münker. «Ils n’ont pas vu beaucoup de chauffage par rapport aux roches similaires de cet âge.»

«J’étais vraiment désireux de trouver des échantillons qui n’affichent pas encore et encore la même valeur», a déclaré Tusch.

Guidée par le co-auteur Martin Van Kranendonk de l’Université de New South Wales, l’équipe a sillonné l’Outback dans des camions tout-terrain, visitant des affleurements rouille où les roches volcaniques anciennes et la végétation se miment: les buissons Spinifex sur les affleurements font partie de la silice. , ce qui les rend épineux et non comestibles à tout sauf aux termites. Ils ont martelé une demi-tonne prometteuse de roches et de laves qui se sont formées il y a entre 2,7 milliards et 3,5 milliards d’années.

Pour analyser les rapports isotopiques du tungstène dans les roches anciennes, les géologues ont extrait et purifié leur tungstène en utilisant un processus appelé chromatographie d’échange d’ions. Un échantillon de roche dissoute est chargé dans une solution acide, conduisant à la séparation verticale de différents éléments.Gracieuseté de Jonas Tusch

De retour en Allemagne, Tusch se met au travail. Il a utilisé une scie à roche pour atteindre la roche fraîche à l’intérieur de chaque échantillon, puis a poli quelques tranches jusqu’à la moitié de la largeur d’un cheveu humain pour les rendre translucides pour la microscopie. Il a écrasé le reste et concentré le tungstène, puis a analysé les rapports isotopiques du tungstène dans un spectromètre de masse.

En près de deux ans, les résultats se sont répandus. Cette fois, les rapports isotopiques n’étaient pas plats. «C’était vraiment agréable à voir», a fait remarquer Tusch.

Les concentrations de tungstène 182 ont commencé à être élevées dans les roches formées il y a 3,3 milliards d’années, montrant que le manteau ne se mélangeait pas encore. Ensuite, les valeurs ont diminué sur 200 millions d’années pour atteindre les niveaux modernes il y a 3,1 milliards d’années. Ce déclin reflète la dilution de l’ancien signal de tungstène-182 lorsque le manteau sous Pilbara a commencé à se mélanger. Ce mélange montre que la tectonique des plaques avait commencé.

La Terre se transformerait rapidement d’un monde aquatique parsemé d’îles volcaniques ressemblant à l’Islande à un monde de continents avec des montagnes, des rivières et des plaines inondables, des lacs et des mers peu profondes.

Un nouveau monde fait pour la vie

La date de début d’il y a environ 3,2 milliards d’années permet de clarifier l’impact de la tectonique des plaques sur la vie sur Terre.

La vie a commencé à l’avance, il y a plus de 3,9 milliards d’années, et formait de petites empilements bosselés dans les sédiments à Pilbara appelés stromatolites il y a 3,48 milliards d’années. Cela montre que la tectonique des plaques n’est pas une condition préalable à la vie à son niveau le plus élémentaire. Pourtant, ce n’est probablement pas un hasard si la vie s’est diversifiée au moment où la tectonique des plaques a commencé.

La tectonique des plaques est venue des mers peu profondes éclairées par le soleil et des lacs fertilisés avec des nutriments altérés par les roches continentales. Les bactéries ont évolué dans ces environnements pour récolter la lumière du soleil par photosynthèse, générant de l’oxygène.

Les archives fossiles montrent une explosion de vie animale complexe et diversifiée remontant à environ 540 millions d’années. L’une des créatures les plus abondantes et emblématiques de l’époque était le trilobite, un animal blindé qui a prospéré pendant des dizaines de millions d’années. Photographié ici, un fossile du trilobite Elrathia kingii.Gracieuseté de Micha L. Rieser

Pendant encore un demi-milliard d’années, cet oxygène est resté à peine une bouffée dans le ciel, en partie parce qu’il a immédiatement réagi avec le fer et d’autres produits chimiques. En outre, chaque molécule d’oxygène générée lors de la photosynthèse correspond à un atome de carbone, et ceux-ci se recombinent facilement en dioxyde de carbone sans gain net d’oxygène dans l’atmosphère, à moins que le carbone ne soit enterré.

Peu à peu, cependant, la tectonique des plaques a fourni la terre et les sédiments dans lesquels enterrer de plus en plus de carbone (tout en fournissant également beaucoup de phosphore pour stimuler les bactéries photosynthétiques). L’atmosphère s’est finalement oxygénée il y a 2,4 milliards d’années.

L’oxygène a préparé la planète à l’émergence de plantes, d’animaux et de presque tout le reste avec un métabolisme à base d’oxygène. La vie plus grande et plus complexe que les microbes nécessite plus d’énergie, et les organismes peuvent fabriquer beaucoup plus de la molécule vitale et porteuse d’énergie appelée ATP avec de l’oxygène qu’ils ne le peuvent sans elle. «L’oxygène est vraiment important pour ce que nous considérons comme une vie complexe», a déclaré Athena Eyster du Massachusetts Institute of Technology.

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