Remise en question de nos connaissances sur la chimie des premiers océans

Une équipe internationale dont un laboratoire du CNRS-INSU est impliqué (voir encadré) a déterminé les fractionnements isotopiques associés à la greenalite, un minéral de la classe des silicates riche en fer ferreux (Fe2+ ), et a ainsi évalué l’hypothèse selon laquelle ce minéral représenterait le précurseur des formations ferrifères rubanées déposées avant la grande oxygénation1 . Les résultats obtenus remettent en question le modèle de dépôt de ces formations sédimentaires et nos connaissances de la chimie des premiers océans.

Selon le modèle canonique, ces roches sédimentaires, aujourd’hui constituées de minéraux secondaires, auraient d’abord précipité sous forme d'oxydes ferriques (Fe3+) hydratés tels que la ferrihydrite, suite à l'oxydation en surface d'eaux profondes anoxiques riches en Fe2+. Cependant, à la suite d’études pétrographiques récentes, un modèle alternatif est apparu dans la littérature avec plutôt la précipitation primaire d’un silicate ferreux (Fe2+) tel que la greenalite.

L’équipe a exploré et comparé les fractionnements isotopiques associés à la greenalite et à la ferrihydrite, en employant une approche combinée expérimentale (analyse d’échantillons naturels et synthétiques par spectroscopie de diffusion inélastique des rayons X par résonance nucléaire ; NRIXS) et théorique (modélisation atomistique ab initio). Les résultats montrent que la greenalite à faible teneur en Fe3+ peut effectivement produire toutes les compositions isotopiques du fer observées dans les formations ferrifères antérieures à la grande oxygénation ; les compositions isotopiques les plus lourdes nécessitant la formation de greenalites partiellement oxydées. D’un point de vue isotopique, le modèle alternatif basé sur la précipitation d’un silicate à dominance ferreuse est donc tout aussi viable que le modèle canonique basé sur la précipitation d'oxydes ferriques hydratés. Cela remet en question notre connaissance des caractéristiques chimiques de l’océan ancien2 . Ces résultats soulignent la nécessité de mieux comprendre le comportement chimique des silicates de fer se formant dans des conditions océaniques primitives.

• 1Une caractéristique des océans avant la grande oxygénation de l’atmosphère (2,4-2,2 Ga) est le dépôt d’importantes formations ferrifères (aussi appelées gisements de fer rubané), associées à des compositions isotopiques du fer montrant une prévalence de valeurs fortement positives
• 2Non seulement les deux modèles de précipitation du fer impliquent des conditions oxydo-réductrices océaniques bien différentes, mais les reconstructions quantitatives des concentrations en nutriments tels que le phosphore ou le nickel dans les premiers océans sont actuellement basées sur des hypothèses concernant les interactions de ces éléments avec les phases d'oxyde hydraté.