Traces de vie dans le manteau terrestre profond

Il est facile de voir que les processus qui se déroulent à l'intérieur de la Terre influencent ce qui se passe à sa surface. Les volcans, par exemple, mettent à jour des roches magmatiques et rejettent des gaz dans l'atmosphère, influen?ant ainsi les cycles biologiques et géochimiques de notre planète.

Ce qui est moins évident, c'est que l'inverse est également vrai : ce qui se passe à la surface de la Terre a des répercussions sur l'intérieur de la Terre - et ce jusqu'à de grandes profondeurs. C'est la conclusion à laquelle parvient un groupe international de chercheurs autour d'Andrea Giuliani, Ambizione Fellow FNS au Département des sciences de la Terre, dans une nouvelle étude publiée dans la revue spécialisée Science Advances. Selon cette étude, le développement de la vie sur notre planète se répercute jusque dans le manteau terrestre inférieur.

Le carbone comme messager

Les chercheurs ont étudié ce qu'ils appellent des kimberlites, des roches volcaniques rares contenant des diamants et datant de différentes époques de l'histoire de la Terre. Ces roches particulières sont des messagers provenant des zones les plus basses du manteau terrestre. Les scientifiques ont mesuré la composition des isotopes du carbone dans environ 150 échantillons de ces roches. Ils ont constaté que la composition isotopique des kimberlites datant de moins de 250 millions d'années variait beaucoup plus que celle des kimberlites beaucoup plus anciennes. Pour plusieurs des échantillons les plus récents, la composition des isotopes du carbone se situe en dehors de la plage à laquelle on pourrait s'attendre pour les roches du manteau terrestre.

Pour les chercheurs, l'élément déclencheur de ce changement de composition dans les roches récentes est l'explosion des espèces du Cambrien. Il s'agit d'une phase géologiquement courte de quelques dizaines de millions d'années au début du Cambrien, il y a environ 540 millions d'années. C'est au cours de cette phase critique que sont apparues pour la première fois dans les mers presque toutes les tribus animales existant aujourd'hui sur Terre. "L'énorme augmentation des formes de vie dans les océans a modifié de manière décisive les événements à la surface de la Terre", explique Giuliani. "Et cela a eu à son tour un impact sur la composition des sédiments au fond des océans".

Des mers au manteau terrestre et vice-versa

Ce changement est important pour le manteau terrestre inférieur, car une partie des sédiments du fond des océans, dans lesquels sont stockés des matériaux provenant d'organismes vivants morts, se retrouve dans le manteau terrestre en raison de la tectonique des plaques. Le long des zones de subduction, ces sédiments - ainsi que la cro?te océanique sous-jacente - sont transportés à de grandes profondeurs. Le carbone, qui a été stocké sous forme de matière organique dans les sédiments, parvient ainsi également dans le manteau terrestre. Les sédiments s'y mélangent à d'autres matériaux rocheux du manteau terrestre et remontent, après un certain temps qui dure au moins 200 à 300 millions d'années, à un autre endroit à la surface de la Terre - par exemple justement sous forme de kimberlites.

Le fait que des changements dans les sédiments marins laissent des traces aussi profondes est remarquable. En effet, dans l'ensemble, seules de petites quantités de sédiments sont transportées en profondeur lors d'une zone de subduction. "Cela confirme que les matériaux rocheux subductés ne sont pas répartis de manière homogène dans le manteau terrestre, mais qu'ils se déplacent le long de trajectoires spécifiques", explique Giuliani.

La Terre comme système global

Outre le carbone, les chercheurs ont analysé la composition isotopique d'autres éléments chimiques. Les éléments strontium et hafnium ont ainsi montré un schéma similaire à celui du carbone. "Cela signifie que la signature isotopique du carbone ne peut pas être expliquée par des processus alternatifs comme le dégazage, car sinon les autres éléments présenteraient un schéma différent", constate Giuliani.

Ces nouvelles connaissances ouvrent la porte à de nouvelles études. Ainsi, des éléments comme le phosphore ou le zinc, qui sont également influencés par des processus biologiques, pourraient également fournir des indications sur la manière dont les processus à la surface de la Terre influencent l'intérieur de la Terre. "La Terre est un système global complexe", estime Giuliani. "Et c'est ce que nous voulons comprendre encore plus précisément".