Une brève histoire de l’atmosphère terrestre

Impacts, magma et naissance de la Lune

Examinons l’histoire de l’atmosphère terrestre : il est possible de la diviser en trois périodes. Dans sa première forme, elle était constituée des gaz, notamment issus de la nébuleuse solaire, et en particulier d’hydrogène ; la Terre était alors martelée par les collisions multiples de grandes météorites : l’atmosphère se chargeait avec elles de débris particulaires du manteau et de la croûte terrestre, projetés en altitude, pulvérisés par la force des impacts pour former un nuage en suspension. La Giant-impact hypothesis, ou théorie de l’impact géant, fut proposée en 1946 par le géologue Canadien Reginald Daly : elle est aujourd’hui largement soutenue par de multiples données et une riche littérature scientifique ; un objet céleste d’une taille équivalente à celle de Mars, vraisemblablement entre l’astéroïde et la planète, terminait sa trajectoire avec force et maladresse : il s’abattait sur la croûte terrestre, la disloquant par la même occasion, et éclatait lui-même. Le manteau fut transformé en un océan de magma.

Autour d’une Terre crevassée et rougeoyante, les principes de la gravité devaient donner naissance, par un phénomène de compaction des agrégats, à un nouvel astre : on l’appelle aujourd’hui la Lune. L’atmosphère primitive, chargée de poussière, se gorgea aussi d’eau, vaporisée lors de ce processus ; son refroidissement puis sa condensation donnèrent lieu à un déluge : de longues journées pluvieuses se succédèrent pendant des milliers d’années, et devaient remplir un océan gigantesque. La Terre adoptait avec eux son apparat caractéristique, et dissimulait son corps de pierre sous une surface d’eau liquide : la planète bleue est le produit d’une gigantesque claque.

Superocéan et chimie planétaire

La seconde période de notre atmosphère devait être moins tumultueuse, tout au moins en apparence : la croûte terrestre se solidifia comme celle d’un gâteau de magma qui refroidit ; ce faisant, elle libérait d’immenses quantités de gaz. Ce refroidissement entraîna celui de l’atmosphère ; les phénomènes de condensation et de précipitations participèrent au remplissage de la gigantesque baignoire : le Superocéan. Du côté des grands astéroïdes, on poursuivait le bombardement : leur mission suicide criblait la surface dans un nuage de poussière d’éclats célestes.

Ce mitraillage prit part à la constitution de l’atmosphère de cette seconde période, en déversant une cargaison de matière extraterrestre. Le Superocéan, nouvel acteur qui devait accaparer le rôle principal, contribua largement aux processus chimiques de l’astre ; des quantités massives de dioxyde de carbone vinrent s’y dissoudre, modifiant son équilibre, et faisant de ce gigantesque bassin le lieu de transformations chimiques, de flux d’énergie et de matière, remuant jusqu’à ses sédiments métalliques.

Le paradoxe du jeune Soleil

Pour que ce bouillon soit en mesure d’héberger quelques réplicateurs, puis les prémisses du vivant tout entier, encore lui fallut-il conserver sa forme liquide : ce n’était pas gagné d’avance. Les astrophysiciens estiment que le soleil primitif ne brillait alors qu’à soixante-dix pour cent de son intensité actuelle : le grand bassin aurait dû se changer en une vaste patinoire aussitôt formé, ensevelissant au fond du réfrigérateur les premières tentatives pour animer le monde. Ce phénomène est appelé Faint Young Sun Paradox, ou paradoxe du jeune soleil : il figure encore sur la liste des problèmes partiellement irrésolus en astronomie.

C’est l’astronome américain Carl Sagan et son collègue George Mullen qui l’y ont inscrit en 1972, lorsqu’ils publiaient dans la revue Science un article cité plus de 1000 fois depuis. Alors que le magma qui recouvrait la Terre refroidissait, le soleil juvénile était encore trop incompétent pour prendre le relai : les modèles suggèrent que la surface de notre planète aurait dû se muer en une immense étendue glacée. Au contraire, liquide, frémissante de flux, grouillante d’activité, elle était vraisemblablement déjà le lieu de l’émergence de la vie.