Quanta Magazine

22 janvier 2018

À quoi aurait pu ressembler la jeune Terre pendant le bombardement intensif tardif.

Centre de vol spatial Goddard de la NASA

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22 janvier 2018

Dans le coin nord-ouest aride et ensoleillé de l'Australie, le long du tropique du Capricorne, la face la plus ancienne de la Terre est exposée au ciel. Traversez l'arrière-pays du nord pendant un certain temps, au sud de Port Hedland sur la côte, et vous tomberez sur des collines adoucies par le temps. Ils font partie d'une région appelée le craton de Pilbara, qui s'est formé il y a environ 3,5 milliards d'années, lorsque la Terre était dans sa jeunesse.

Regarder de plus près. D'une couture dans l'une de ces collines, un fouillis d'anciennes roches orange-Creamsicle se déverse: un gisement appelé Apex Chert. Dans cette roche, visible uniquement au microscope, se trouvent de minuscules tubes. Certains ressemblent à des pétroglyphes représentant une tornade ; d'autres ressemblent à des vers aplatis. Ils font partie des échantillons de roche les plus controversés jamais collectés sur cette planète, et ils pourraient représenter certaines des formes de vie les plus anciennes jamais découvertes.

Le mois dernier, les chercheurs ont lancé une autre salve dans le débat qui dure depuis des décennies sur la nature de ces formes. Il s'agit en effet de vie fossile, et ils datent d'il y a 3,465 milliards d'années, selon John Valley, géochimiste à l'Université du Wisconsin. Si Valley et son équipe ont raison, les fossiles impliquent que la vie s'est diversifiée remarquablement tôt dans la jeunesse tumultueuse de la planète.

Les fossiles s'ajoutent à une vague de découvertes qui pointent vers une nouvelle histoire de la Terre antique. Au cours de l'année écoulée, des équipes de chercheurs distinctes ont déterré, pulvérisé et dynamité au laser des morceaux de roche pouvant contenir de la vie datant d'il y a 3,7, 3,95 et peut-être même 4,28 milliards d'années. Tous ces microfossiles - ou les preuves chimiques qui leur sont associées - font l'objet de vifs débats. Mais tous mettent en doute le conte traditionnel.

Comme le raconte cette histoire, dans le demi-milliard d'années après sa formation, la Terre était infernale et chaude. Le monde naissant aurait été déchiré par le volcanisme et bombardé par d'autres miettes planétaires, créant un environnement si horrible et si inhospitalier à la vie, que l'ère géologique est nommée Hadean, pour le monde souterrain grec. Ce n'est qu'après la fin d'un barrage d'astéroïdes particulièrement violent il y a environ 3,8 milliards d'années que la vie aurait pu évoluer.

Mais cette histoire est de plus en plus critiquée. De nombreux géologues pensent maintenant que la Terre a pu être tiède et aqueuse dès le départ. Les roches les plus anciennes du dossier suggèrent que des parties de la croûte terrestre se sont refroidies et solidifiées il y a 4,4 milliards d'années. L'oxygène dans ces roches anciennes suggère que la planète avait de l'eau il y a 4,3 milliards d'années. Et au lieu d'un bombardement final d'époque, les frappes de météorites pourraient avoir lentement diminué à mesure que le système solaire s'installait dans sa configuration actuelle.

"Les choses ressemblaient en fait beaucoup plus au monde moderne, à certains égards, au début. Il y avait de l'eau, potentiellement une croûte stable. Il n'est pas complètement exclu qu'il y ait eu un monde habitable et une vie quelconque, ", a déclaré Elizabeth Bell, géochimiste à l'Université de Californie à Los Angeles.

Prises ensemble, les dernières preuves de la Terre antique et de la lune brossent un tableau d'une Terre Hadéenne très différente : un monde résolument solide, tempéré, limpide et aqueux, un Eden depuis le tout début.

Il y a environ 4,54 milliards d'années, la Terre se formait à partir de la poussière et des roches laissées par la naissance du soleil. De plus petits restes solaires bombardaient continuellement la Terre bébé, la réchauffant et la dotant de matières radioactives, ce qui la réchauffait davantage de l'intérieur. Des océans de magma couvraient la surface de la Terre. À l'époque, la Terre n'était pas tant une planète rocheuse qu'une boule de lave incandescente.

Peu de temps après la fusion de la Terre, une planète capricieuse l'a percutée avec une force incroyable, vaporisant peut-être à nouveau la Terre et formant la lune. Les impacts de météorites se sont poursuivis, certains creusant des cratères de 1 000 kilomètres de diamètre. Dans le paradigme standard de l'éon Hadéen, ces frappes ont abouti à un assaut surnommé le Late Heavy Bombardment, également connu sous le nom de cataclysme lunaire, au cours duquel des astéroïdes ont émigré vers le système solaire interne et ont pilonné les planètes rocheuses. Tout au long de cette première ère, qui s'est terminée il y a environ 3,8 milliards d'années, la Terre était en fusion et ne pouvait pas supporter une croûte de roche solide, sans parler de la vie.

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Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

Mais à partir d'une dizaine d'années, cette histoire a commencé à changer, en grande partie grâce à de minuscules cristaux appelés zircons. Les gemmes, qui ont souvent à peu près la taille de la période à la fin de cette phrase, racontaient un monde plus frais, plus humide et peut-être vivable il y a 4,3 milliards d'années. Ces dernières années, des fossiles dans des roches anciennes ont renforcé l'histoire de climats plus calmes des zircons. Les microfossiles tornadiques du craton de Pilbara en sont le dernier exemple.

Aujourd'hui, la preuve la plus ancienne d'une vie possible - que de nombreux scientifiques doutent ou rejettent catégoriquement - date d'au moins 3,77 milliards d'années et pourrait être étonnamment ancienne de 4,28 milliards d'années.

En mars 2017, Dominic Papineau, géochimiste à l'University College de Londres, et son étudiant Matthew Dodd ont décrit des fossiles en forme de tube dans un affleurement au Québec qui remonte au sous-sol de l'histoire de la Terre. La formation, appelée ceinture de roches vertes de Nuvvuagittuq (noo-voo-wog-it-tuck), est un fragment du plancher océanique primitif de la Terre. Les fossiles, environ la moitié de la largeur d'un cheveu humain et à peine un demi-millimètre de long, ont été enterrés à l'intérieur. Ils sont fabriqués à partir d'un oxyde de fer appelé hématite et peuvent être des villes fossilisées construites par des communautés microbiennes il y a jusqu'à 4,28 milliards d'années, a déclaré Dodd.

"Ils auraient formé ces tapis gélatineux de couleur rouge rouille sur les rochers autour des évents", a-t-il déclaré. Des structures similaires existent dans les océans d'aujourd'hui, où des communautés de microbes et de vers à tube sanguinolent fleurissent autour de cheminées noires et sans soleil.

Dodd a trouvé les tubes près du graphite et avec des "rosettes" de carbonate, de minuscules anneaux de carbone contenant des matières organiques. Les rosettes peuvent se former à travers divers processus non biologiques, mais Dodd a également trouvé un minéral appelé apatite, qui, selon lui, est le diagnostic de l'activité biologique. Les chercheurs ont également analysé les variantes, ou isotopes, du carbone dans le graphite. Généralement, les êtres vivants aiment utiliser les isotopes les plus légers, de sorte qu'une abondance de carbone 12 par rapport au carbone 13 peut être utilisée pour déduire l'activité biologique passée. Le graphite près des rosettes suggérait également la présence de vie. Pris ensemble, les tubes et leur chimie environnante suggèrent qu'ils sont les vestiges d'une communauté microbienne qui vivait près d'un évent hydrothermal en haute mer, a déclaré Dodd.

Les géologues débattent de l'âge exact de la ceinture rocheuse où ils ont été trouvés, mais ils conviennent qu'il comprend l'une des plus anciennes, sinon la plus ancienne, des formations de fer sur Terre. Cela suggère que les fossiles sont aussi vieux - beaucoup plus vieux que tout ce qui a été trouvé auparavant et beaucoup plus vieux que de nombreux scientifiques l'avaient cru possible.

Les microfossiles ressemblent à la vie marine qui pousse près des bouches hydrothermales en haute mer.

Matthieu Dodd

Puis, en septembre 2017, des chercheurs japonais ont publié un examen des flocons de graphite d'une roche sédimentaire vieille de 3,95 milliards d'années appelée le bloc Saglek au Labrador, au Canada. Yuji Sano et Tsuyoshi Komiya de l'Université de Tokyo ont soutenu que le rapport isotope carbone de leur graphite indique qu'il a également été créé par la vie. Mais les flocons de graphite n'étaient accompagnés d'aucune caractéristique ressemblant à un fossile; De plus, l'histoire de la roche environnante est trouble, suggérant que le carbone pourrait être plus jeune qu'il n'y paraît.

Plus à l'est, dans le sud-ouest du Groenland, une autre équipe avait également trouvé des preuves de vie ancienne. En août 2016, Allen Nutman de l'Université de Wollongong en Australie et ses collègues ont rapporté avoir trouvé des stromatolites, des restes fossiles de microbes, datant d'il y a 3,7 milliards d'années.

Allen Nutman prospecte d'anciens microfossiles dans la ceinture d'Isua au sud du Groenland.

Laure Gauthiez-Putallaz

De nombreux géologues ont été sceptiques quant à chaque affirmation. Les fossiles de Nutman, par exemple, proviennent de la ceinture d'Isua dans le sud du Groenland, qui abrite les plus anciennes roches sédimentaires connues sur Terre. Mais la ceinture Isua est difficile à interpréter. Tout comme les processus non biologiques peuvent former les rosettes de carbone de Dodd, la chimie de base peut former de nombreuses structures en couches sans aucune aide de la vie, ce qui suggère qu'il ne s'agit peut-être pas de stromatolites mais de prétendants sans vie.

De plus, la ceinture de roches vertes de Nuvvuagittuq et la ceinture d'Isua ont été chauffées et écrasées pendant des milliards d'années, un processus qui fait fondre et recristallise les roches, les transformant de leur état sédimentaire d'origine.

"Je ne pense pas qu'aucune de ces autres études ne soit fausse, mais je ne pense pas qu'aucune d'entre elles soit une preuve", a déclaré Valley, le chercheur du Wisconsin. "Tout ce que nous pouvons dire, c'est que [les roches de Nutman] ressemblent à des stromatolites, et c'est très attrayant."

En ce qui concerne son travail avec les fossiles du Pilbara Craton, cependant, Valley est beaucoup moins circonspect.

Les microfossiles tornadiques sont restés dans le craton de Pilbara pendant 3,465 milliards d'années avant d'être séparés de leur roche natale, emballés dans une boîte et expédiés en Californie. Le paléobiologiste William Schopf de l'UCLA a publié sa découverte des étranges gribouillis en 1993 et ​​a identifié 11 taxons microbiens distincts dans les échantillons. Les critiques ont déclaré que les formes auraient pu être créées dans des processus non biologiques, et les géologues se sont disputés dans les années qui ont suivi. L'année dernière, Schopf a envoyé un échantillon à Valley, qui est un expert avec un instrument super sensible pour mesurer les rapports isotopiques appelé spectromètre de masse à ions secondaires.

L'équipe de Valley a découvert que certains des fossiles apparents avaient le même rapport isotope carbone que les bactéries photosynthétiques modernes. Trois autres types de fossiles avaient les mêmes ratios que les microbes mangeurs de méthane ou producteurs de méthane. De plus, les rapports isotopiques correspondent à des espèces spécifiques déjà identifiées par Schopf. Les emplacements où ces rapports isotopiques ont été mesurés correspondaient aux formes des microfossiles eux-mêmes, a déclaré Valley, ajoutant qu'il s'agissait des échantillons les plus anciens qui ressemblaient à des fossiles à la fois physiquement et chimiquement.

John Valley dans son laboratoire de spectrométrie de masse à l'Université du Wisconsin, Madison.

Jeff Miller / UW-Madison

Bien qu'il ne s'agisse pas des échantillons les plus anciens du dossier - en supposant que vous acceptiez la provenance des roches décrites par Dodd, Komiya et Nutman - les miniatures cycloniques de Schopf et Valley ont une distinction importante : elles sont diverses. La présence de tant de rapports isotopiques différents du carbone suggère que la roche représente une communauté complexe d'organismes primitifs. Les formes de vie ont dû avoir le temps d'évoluer en itérations sans fin. Cela signifie qu'ils doivent être apparus il y a encore 3,465 milliards d'années. Et cela signifie que nos plus vieux ancêtres sont vraiment très, très vieux.

Les fossiles n'étaient pas le premier signe que la Terre primitive aurait pu être édénique plutôt qu'infernale. Les roches elles-mêmes ont commencé à fournir cette preuve dès 2001. Cette année-là, Valley a découvert des zircons suggérant que la planète avait une croûte il y a 4,4 milliards d'années.

Les zircons sont des minéraux cristallins contenant du silicium, de l'oxygène, du zirconium et parfois d'autres éléments. Ils se forment à l'intérieur du magma et, comme certains cristaux de carbone mieux connus, les zircons sont éternels - ils peuvent survivre aux roches dans lesquelles ils se forment et résister à des éternités de pression, d'érosion et de déformation indescriptibles. En conséquence, ce sont les seules roches restantes de l'Hadéen, ce qui en fait des capsules temporelles inestimables.

Valley en a extrait quelques-uns de Jack Hills en Australie-Occidentale et a trouvé des isotopes d'oxygène suggérant que le cristal s'est formé à partir d'un matériau altéré par l'eau liquide. Cela suggérait qu'une partie de la croûte terrestre s'était refroidie, solidifiée et abritait de l'eau au moins 400 millions d'années plus tôt que les premières roches sédimentaires connues. S'il y avait de l'eau liquide, il y avait probablement des océans entiers, a déclaré Valley. D'autres zircons montraient la même chose.

"L'Hadéen n'était pas un enfer. C'est ce que nous ont appris les zircons. Bien sûr, il y avait des volcans, mais ils étaient probablement entourés d'océans. Il y aurait eu au moins un peu de terre sèche", a-t-il déclaré.

Les zircons suggèrent qu'il pourrait même y avoir eu de la vie.

Dans une recherche publiée en 2015, Bell et ses coauteurs ont présenté des preuves de graphite incrusté dans un minuscule cristal de zircon vieux de 4,1 milliards d'années provenant du même Jack Hills. Le mélange d'isotopes de carbone du graphite fait allusion à des origines biologiques, bien que la découverte soit - une fois de plus - vivement débattue.

"Y a-t-il d'autres explications que la vie? Ouais, il y en a", a déclaré Bell. "Mais c'est ce que je considérerais comme la preuve la plus sûre d'une sorte de structure fossile ou biogénique."

Si les signaux dans les roches anciennes sont vrais, ils nous disent que la vie était partout, toujours. Dans presque tous les endroits où les scientifiques regardent, ils trouvent des preuves de la vie et de sa chimie, que ce soit sous la forme de fossiles eux-mêmes ou de vestiges d'agitations anciennes de la vie. Loin d'être difficile et délicate, la vie s'est peut-être installée dans les pires conditions imaginables.

"La vie réussissait à faire des choses intéressantes alors que la Terre faisait face aux pires impacts qu'elle ait jamais eus", a déclaré Bill Bottke, scientifique planétaire au Southwest Research Institute de Boulder, Colorado.

Ou peut être pas. Peut-être que la Terre allait bien. Peut-être que ces impacts n'étaient pas aussi rapides que tout le monde le pensait.

Nous savons que la Terre, et tout le reste, a été bombardée par des astéroïdes dans le passé. La lune, Mars, Vénus et Mercure témoignent de ce martèlement primordial. La question est de savoir quand et pour combien de temps.

En se basant en grande partie sur des échantillons d'Apollo ramenés à la maison par des astronautes marchant sur la lune, les scientifiques en sont venus à croire qu'à l'âge hadéen de la Terre, il y avait au moins deux époques distinctes de billard du système solaire. Le premier était l'effet secondaire inévitable de la fabrication de planètes : il a fallu un certain temps aux planètes pour balayer les plus gros astéroïdes et à Jupiter pour rassembler le reste dans la ceinture principale d'astéroïdes.

Le deuxième est venu plus tard. Cela a commencé entre 500 et 700 millions d'années après la naissance du système solaire et s'est finalement effilé il y a environ 3,8 milliards d'années. Celui-ci s'appelle le Late Heavy Bombardment, ou le cataclysme lunaire.

Comme pour la plupart des choses en géochimie, la preuve d'un blitz déchirant le monde, un événement à l'échelle la plus énorme imaginable, est dérivée du très, très petit. Les isotopes de potassium et d'argon dans les échantillons d'Apollo suggèrent que des morceaux de la lune ont soudainement fondu quelque 500 millions d'années après sa formation. Cela a été considéré comme une preuve qu'il a été détruit à moins d'un pouce de sa vie.

Les zircons fournissent également des preuves physiques provisoires d'un paysage infernal de la fin de l'ère. Certains zircons contiennent des minéraux "choqués", preuve d'une chaleur et d'une pression extrêmes qui peuvent indiquer quelque chose d'horrible. Beaucoup ont moins de 3 milliards d'années, mais Bell a trouvé un zircon suggérant un réchauffement rapide et extrême il y a environ 3,9 milliards d'années - une signature possible du bombardement lourd tardif. "Tout ce que nous savons, c'est qu'il existe un groupe de zircons recristallisés à cette époque. Compte tenu de la coïncidence avec le bombardement tardif, il était trop difficile de ne pas dire que cela est peut-être lié", a-t-elle déclaré. "Mais pour vraiment établir cela, nous devrons examiner les enregistrements de zircons dans d'autres localités de la planète."

Jusqu'à présent, il n'y a aucun autre signe, a déclaré Aaron Cavosie de l'Université Curtin en Australie.

Les cratères sur la lune ont été considérés comme des preuves du bombardement lourd tardif, mais les réévaluations des preuves géologiques des roches lunaires d'Apollo jettent un doute sur le fait que les bombardements d'astéroïdes pendant l'ère hadéenne étaient aussi graves qu'on le pensait.

Nasa

En 2016, Patrick Boehnke, maintenant à l'Université de Chicago, a jeté un autre regard sur ces échantillons originaux d'Apollo, qui pendant des décennies ont été la principale preuve en faveur du Late Heavy Bombardment. Lui et Mark Harrison de l'UCLA ont réanalysé les isotopes de l'argon et ont conclu que les roches d'Apollo avaient peut-être été frappées plusieurs fois depuis qu'elles se sont cristallisées à partir de la lune natale, ce qui pourrait donner l'impression que les roches sont plus jeunes qu'elles ne le sont réellement.

"Même si vous résolvez les problèmes analytiques", a déclaré Boehnke, "alors vous avez toujours le problème que les échantillons d'Apollo sont tous les uns à côté des autres." Il est possible que les astronautes des six missions Apollo aient échantillonné des roches provenant d'une seule frappe d'astéroïde dont les éjectas se sont répandus sur toute la face terrestre de notre satellite.

De plus, des sondes en orbite lunaire comme le vaisseau spatial Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) et le Lunar Reconnaissance Orbiter ont trouvé environ 100 cratères jusque-là inconnus, y compris un pic d'impacts il y a 4,3 milliards d'années.

"Cette confluence intéressante de données orbitales et d'échantillons de données, et tous les différents types d'échantillons de données - verre à impact lunaire, échantillons de Luna, échantillons d'Apollo, météorites lunaires - ils se réunissent tous et pointent vers quelque chose qui n'est pas un pic cataclysmique à 3,9 milliards il y a des années", a déclaré Nicolle Zellner, scientifique planétaire à Albion College dans le Michigan.

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Bottke, qui étudie les astéroïdes et la dynamique du système solaire, est l'un des nombreux chercheurs à proposer des explications modifiées. Il privilégie désormais une lente augmentation des bombardements, suivie d'un déclin progressif. D'autres pensent qu'il n'y a pas eu de bombardement tardif, et à la place les cratères sur la lune et d'autres corps rocheux sont des vestiges du premier type de billard, le processus naturel de construction de la planète.

"Nous avons un petit morceau de données, et nous essayons d'en faire quelque chose", a-t-il déclaré. "Vous essayez de construire une histoire, et parfois vous ne faites que chasser des fantômes."

Pendant qu'il se déroule, les scientifiques débattront de questions bien plus vastes que la dynamique du système solaire primitif.

Si certaines des nouvelles preuves représentent vraiment des impressions de la vie primitive, alors nos ancêtres peuvent être beaucoup plus âgés que nous ne le pensions. La vie aurait pu apparaître au moment où la planète s'y est prêtée - au moment où elle s'est suffisamment refroidie pour contenir de l'eau liquide.

"Quand j'étais jeune, on m'a appris qu'il faudrait des milliards et des milliards d'années pour que la vie se forme. Mais je n'ai trouvé aucune base pour ce genre de déclarations", a déclaré Valley. "Je pense qu'il est tout à fait possible que la vie ait émergé quelques millions d'années après que les conditions soient devenues habitables. Du point de vue d'un microbe, un million d'années est une très longue période, mais c'est un clin d'œil dans le temps géologique."

"Il n'y a aucune raison pour que la vie n'ait pas émergé il y a 4,3 milliards d'années", a-t-il ajouté. "Il n'y a pas de raison."

S'il n'y a pas eu de stérilisation massive il y a 3,9 milliards d'années, ou si quelques frappes massives d'astéroïdes ont confiné la destruction à un seul hémisphère, alors les plus anciens ancêtres de la Terre auraient pu être ici depuis les jours les plus brumeux de la naissance de la planète. Et cela, à son tour, rend la notion de vie ailleurs dans le cosmos moins invraisemblable. La vie pourrait être capable de résister à des conditions horribles beaucoup plus facilement que nous ne le pensions. Il ne faudra peut-être pas beaucoup de temps pour s'installer. Il peut survenir tôt et souvent et peut encore émailler l'univers. Ses formes infinies, des microbes fabriquant des tubes à la boue rampante, peuvent être trop petites ou trop simples pour communiquer comme le fait la vie sur Terre – mais elles ne seraient pas moins réelles et pas moins vivantes.

Correction : 29 mars 2021Une version antérieure de cet article mal orthographié Port Hedland, Australie.

Cet article a été réimprimé sur Wired.com et Spektrum.de.

Auteur collaborateur

22 janvier 2018

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