Genèse d’une atmosphère terrestre primitive riche en CO2 et pauvre en eau

Après l’impact géant, il y a 4,47 milliards d’années, entre la Terre et le planétoïde Théia, la Terre s’est condensée dans un état de matière fondue. Cet océan de magma a dominé la Terre primitive et influencé l’évolution de notre planète pendant son premier milliard d’années. Pendant sa condensation à de très hautes températures et pressions, ce magma silicaté a capturé une grande quantité des molécules volatiles, telles que le dioxyde de carbone et l’eau. Plus tard, lorsque l’océan de magma s’est mis à se refroidir et cristalliser, une bonne partie de ces molécules ont été relâchées vers l’atmosphère. C’est ainsi que la composition chimique de l’atmosphère primitive a été drastiquement modifiée.

À l’aide de simulations atomistiques, une équipe de chercheurs a reproduit le comportement du CO₂ et de l’H₂O dans le magma silicaté et analysé les conditions de surface et des couches limite en contact avec la surface. Ils ont ainsi pu observer que le dégazage initial du magma était dominé par le CO₂. Celui-ci a en effet tendance à former des bulles de gaz, même aux hautes pressions qu’on trouve en allant jusqu’à des profondeurs de 40 km sous la surface de l’océan de magma. Ces conditions sont d’ailleurs similaires aux chambres profondes de magma basaltique sous les dorsales océaniques, où le même processus a lieu aujourd’hui. Lorsque la pression de l’atmosphère terrestre a commencé à se rapprocher des valeurs actuelles, le dégazage d’H₂O a progressivement remplacé celui de CO₂. Ces résultats suggèrent donc que l’atmosphère primitive a été riche en CO₂ et pauvre en H₂O pendant un temps considérable.

Pour la réalisation de leurs calculs, les chercheurs ont bénéficié du support informatique et de l’accès aux machines de calculs des trois gros centre nationaux des superordinateurs : Occigen au C.I.N.E.S, Irene-Joliot Curie au TGCC et Jean-Zay à l’IDRIS, à l’aide des projets de calcul nationaux (eDARI 1006368) et européens (PRACE, RA4947). Le projet a été financé par le Conseil Européen de la Recherche (ERC, avec le grant IMPACT no. 68181 attribué à Razvan Caracas en 2016).