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Il est facile de voir que les processus à l'intérieur de la Terre influencent ce qui se passe à la surface. Par exemple, les volcans déterrent des roches magmatiques et émettent des gaz dans l'atmosphère, et influencent ainsi les cycles biogéochimiques de notre planète.
Ce qui est moins évident, cependant, c'est que l'inverse est également vrai: ce qui se passe à la surface de la Terre a un effet sur l'intérieur de celle-ci, même à grande profondeur. C'est la conclusion à laquelle est parvenu un groupe international de recherche dirigé par Andrea Giuliani, boursier FNS Ambizione au Département des sciences de la Terre de l'ETH Zurich, dans une nouvelle étude publiée dans la revue Science Advances. Selon cette étude, le développement de la vie sur notre planète affecte certaines parties du manteau inférieur de la Terre.
Le carbone comme messager
Dans leur étude, l'équipe de recherche a examiné des roches volcaniques rares contenant des diamants, appelées kimberlites, provenant de différentes époques de l'histoire de la Terre. Ces roches spéciales sont des messagers des régions les plus basses du manteau terrestre. Les scientifiques ont mesuré la composition isotopique du carbone dans environ 150 échantillons de ces roches spéciales. Ils et elles ont constaté que la composition des kimberlites les plus jeunes, qui ont moins de 250 millions d'années, varie considérablement de celle des roches plus anciennes. Dans de nombreux échantillons plus jeunes, la composition des isotopes du carbone se situe en dehors de la fourchette attendue pour les roches du manteau.
Les chercheuses et chercheurs voient dans l'explosion cambrienne un déclencheur décisif de ce changement de composition des kimberlites plus jeunes. Cette phase relativement courte - géologiquement parlant - s'est déroulée sur une période de quelques dizaines de millions d'années au début de l'époque cambrienne, il y a environ 540 millions d'années. Au cours de cette transition radicale, presque toutes les tribus animales existantes aujourd'hui sont apparues sur Terre pour la première fois. «L'énorme augmentation des formes de vie dans les océans a changé de manière décisive ce qui se passait à la surface de la Terre», explique Andrea Giuliani. «Et cela a affecté à son tour la composition des sédiments au fond de l'océan».
Des océans au manteau et vice-versa.
Pour le manteau inférieur de la Terre, ce changement est important car une partie des sédiments du plancher océanique, dans lesquels se déposent les matières provenant des êtres vivants morts, pénètre dans le manteau par la tectonique des plaques. Le long des zones de subduction, ces sédiments - ainsi que la croûte océanique sous-jacente - sont transportés à de grandes profondeurs. De cette façon, le carbone qui était stocké sous forme de matière organique dans les sédiments atteint également le manteau terrestre. Là, les sédiments se mélangent à d'autres matériaux rocheux du manteau terrestre et, après un certain temps, estimé à au moins 200-300 millions d'années, remontent à la surface de la Terre en d'autres endroits, par exemple sous la forme de magmas kimberlitiques.
Il est remarquable que les changements dans les sédiments marins laissent des traces aussi profondes, car globalement, seules de petites quantités de sédiments sont transportées dans les profondeurs du manteau le long d'une zone de subduction. «Cela confirme que le matériel rocheux subduit dans le manteau terrestre n'est pas distribué de manière homogène, mais se déplace le long de trajectoires spécifiques», explique Andrea Giuliani.
La Terre en tant que système global
Outre le carbone, l'équipe de recherche a également examiné la composition isotopique d'autres éléments chimiques. Par exemple, les deux éléments strontium et hafnium présentaient un schéma similaire à celui du carbone. «Cela signifie que la signature du carbone ne peut pas être expliquée par d'autres processus tels que le dégazage, car sinon les isotopes du strontium et de l'hafnium ne seraient pas corrélés à ceux du carbone», note Andrea Giuliani.
Ces nouveaux résultats ouvrent la voie à d'autres études. Par exemple, des éléments tels que le phosphore ou le zinc, qui ont été considérablement affectés par l'émergence de la vie, pourraient également fournir des indices sur la manière dont les processus à la surface de la Terre influencent l'intérieur de celle-ci. «La Terre est vraiment un système global complexe», dit Andrea Giuliani. «Et nous voulons maintenant comprendre ce système plus en détail».