Résultat scientifique

Asie centrale : changement brutal des précipitations et de la végétation il y a 56 millions d’années

2 février 2024 by osuadmin

Dans le but de mieux appréhender notre futur, une équipe internationale, dans le cadre du consortium de recherche « VeWA » et dans laquelle le CNRS Terre & univers est impliqué (voir encadré), explorent les anciennes périodes chaudes de l’histoire de la Terre. Leur étude montre qu’une augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère il y a 56 millions d’années a entraîné un changement brutal des précipitations et de la végétation en Asie centrale.

Afin de reconstituer les régimes de précipitations de la période chaude du début du Paléogène, les chercheurs ont combiné leur expertise pour développer une approche multi-proxy innovante dans laquelle ils ont combiné du pollen et des spores fossiles ainsi que des données géochimiques provenant de sols fossiles. Au cours de l’événement hyperthermal étudié, les précipitations ont temporairement doublé en raison des températures plus élevées et la steppe régionale a été remplacée par un paysage forestier. Les sols se sont asséchés en hiver, ce qui signifie que, contrairement aux attentes, la plupart des précipitations sont tombées pendant la période estivale – ce qui est comparable à la mousson moderne.

Les scientifiques associent cet évènement hyperthermal au maximum de température du paléocène/éocène, une phase de réchauffement de la planète associée à une augmentation considérable des gaz à effet de serre dans l’atmosphère et les océans de la Terre. Au cours de cette période, la température globale a augmenté en moyenne de six degrés Celsius en l’espace de quelques milliers d’années. Leurs recherches montrent qu’en Asie cet évènement s’est accompagné de conditions exceptionnellement humides et à une expansion des précipitations vers l’intérieur des terres, qu’ils ont appelée proto-mousson. Ce travail fournit des informations paléoclimatiques sur le climat de l’Asie centrale d’une réponse abrupte et non linéaire des moussons asiatiques aux conditions extrêmes de l’effet de serre et mettent en évidence la possibilité de changements brusques dans le cadre d’un réchauffement planétaire futur. Le réchauffement actuel impose des températures extrêmes et une sécheresse accrue sur la steppe d’Asie centrale, ainsi que sur sa flore et sa faune fragiles, qui sont déjà menacées par l’utilisation anthropique des sols. Des changements abrupts encore plus spectaculaires sont attendus si les températures continuent d’augmenter.

Deux grains de pollen fossils. Ephedra, typique des arbustes des steppes d'Asie centrale de la période Paléogène (gauche). Juglandaceae, un taxon ancestral de marronnier qui se répand en Asie Centrale pendant l'hyperthermal il y a 56 millions d'années (droite). — Crédit : Hanna van den Hil and Julia Gravendyck.

Echantillonnage près de Xining, Chine occidentale. — Crédit : Dupont-Nivet/CNRS Rennes

La chronologie lunaire révisée par l’hétérogénéité du bombardement

30 janvier 2024 by osuadmin

L’un des résultats scientifiques majeurs des missions de retour d’échantillons lunaires (Apollo, Luna, Chang’e) a été l’établissement d’un modèle de chronologie permettant de déduire l’âge des surfaces à partir de la densité de cratères observée. Ce modèle constitue actuellement le seul outil disponible pour dater les surfaces du Système Solaire, permettant ainsi de préciser la temporalité des grands évènements responsables de leur évolution géologique. Or, la majorité des modèles de chronologie, supposent un taux de cratérisation homogène sur toute la surface lunaire.

Cependant, la synchronicité de l’orbite lunaire autour de la Terre et la distribution orbitale des impacteurs remettent en question l’hypothèse d’un flux d’impact lunaire homogène. Quelle est l’intensité et les conséquences d’une hétérogénéité du flux d’impact sur la mesure de l’âge des surfaces lunaires? C’est justement ce qu’une équipe de recherche internationale, dans laquelle le CNRS Terre & Univers est impliqué, vient d’établir.

Les scientifiques ont découvert que le taux de cratérisation sur la Lune varie d’un facteur ~1.8 entre différentes régions. La conséquence sur l’interprétation des échantillons lunaires ? Les régions d’où proviennent ces roches n’auraient donc pas enregistré le même taux d’impact et les systèmes de chronologie des corps du Système Solaire s’en trouvent erronés. Les chercheurs ont ensuite utilisé cette variation du taux de cratérisation pour recalibrer la chronologie lunaire. Ce nouveau modèle modifie jusqu’à 30% l’âge des surfaces lunaires déduites des comptages de cratères depuis des décennies. En conséquence, notre vision de la temporalité de l’activité géologique de la Lune pourrait être révisée, tout comme les chronologies d’autres corps planétaires tels que Mercure et Mars, lesquels sont calibrées sur celle de la Lune. Enfin, les futures missions d’échantillonnage lunaire telles qu’Artemis ou Chang’e-6 permettront de préciser cette chronologie pour les périodes les plus anciennes, il y a plus de 3.5 milliards d’années.

Asymétrie du taux de cratérisation lunaire. Les points noirs et jaunes symbolisent les terrains échantillonnés par les missions Apollo (A), Luna (L) et Chang’e-5 (CE). Crédit : A. Lagain et al. (2024)

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/la-chronologie-lunaire-revisee-par-lheterogeneite-du-bombardement

Mercure hydrothermal : l’histoire naturelle d’un contaminant

12 décembre 2023 by osuadmin

Une équipe internationale de chercheurs, coordonnée par le CNRS (voir encadré), a établi la première estimation mondiale des émissions hydrothermales de mercure (Hg) provenant des dorsales médio-océaniques. La Convention de Minamata sur le mercure de l’ONU vise à réduire l’exposition humaine au mercure toxique à travers la réduction des émissions anthropiques. Nous sommes principalement exposés via la consommation de poissons qui bioaccumulent le Hg de l’océan. Le paradigme actuel est que les émissions anthropiques de mercure (actuellement 3 100 t an-1) sont à l’origine de l’augmentation du réservoir océanique mondial de mercure de 21 %. Cette estimation est erronée car nous ne savons pas quelle quantité de mercure naturel résidait dans l’océan avant le début des émissions anthropiques.

Nous ne sommes également pas en mesure de quantifier l’impact des émissions anthropiques sur les niveaux de Hg chez des poissons. L’hydrothermalisme est la seule source directe de Hg naturel vers l’océan. Des études antérieures, basées uniquement sur les mesures des fluides hydrothermaux, suggéraient que les apports du Hg hydrothermal pourraient se situer entre 20 et 2 000 t an-1. Cette nouvelle étude a utilisé, en plus des mesures de fluides, des mesures de panaches hydrothermaux, d’eaux de mer et de carottes de roches provenant de la source hydrothermale Trans-Atlantic Geotraverse (TAG) sur la dorsale médio-atlantique.

La combinaison des observations suggère que la majorité du Hg enrichi dans les fluides, serait diluée dans l’eau de mer et qu’une petite fraction précipiterait localement. Une extrapolation des résultats indique que le flux hydrothermal global de Hg provenant des dorsales médio-océaniques est faible (1,5 à 65 t an-1) par rapport aux missions anthropiques de Hg. Bien que cela suggère que la majeure partie du Hg, présent dans l’océan, est d’origine anthropique, cela laisse également espérer que la mise en œuvre stricte des réductions d’émissions, dans le cadre de la Convention de Minamata, réduira les niveaux de mercure des poissons et l’exposition des humains.

Confirmation et réfutation de galaxies très lumineuses dans l’Univers primordial

25 octobre 2023 by osuadmin

Au cours des 300 premiers millions d’années de l’histoire cosmique, les premières étoiles¹ se sont formées, et elles ont commencé à ensemencer l’Univers en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium². Dans la quête des premières étoiles, des premiers éléments chimiques plus lourds que l’hélium, et des premiers grains de poussières apparus dans l’Univers, une équipe internationale comprenant des chercheurs du CNRS-INSU (voir encadré), confirme la grande abondance de galaxies lumineuses dans l’Univers primordial.

Le JWST a découvert un grand nombre de candidates galaxies avec des « redsfhits » (z, qui mesure la distance, z) aussi grand que z = 16, estimés à partir de la photométrie multi-bande (redshift photométrique). Mais une mesure spectroscopique est nécessaire pour valider le redshift de ces sources. La mesure des redshifts avec des codes adaptés comme le code CIGALE³ qui peut combiner des données photométriques et spectroscopiques provenant du Hubble Space Telescope et du James Webb Space Telescope a permis de confirmer et parfois d’infirmer les redshifts photométriques. L’équipe de recherche présente des mesures sûres qui confirment les redshifts de deux galaxies à z > 11, mais démontre aussi qu’une autre candidate à z = 16 (250 millions d’années après le Big Bang) erroné se trouve en fait à z = 4,9 (1.2 milliard d’années).

Les analyses de galaxies candidates massives à z = 9 – 12 ont montré que leur abondance est plus élevée que celle prévue par les modèles de formation des galaxies. Cela pourrait indiquer que des hypothèses doivent être modifiés. Parmi ces hypothèses : la possibilité d’atténuation négligeable de la poussière, une efficacité accrue de conversion du gaz en étoiles, ou une distribution différente de la masse des étoiles à ces premières époques. En effet, le fait de détecter trop de galaxies massives implique que les modèles sous-estiment la formation stellaire dans ces galaxies. Cela pourrait indiquer des lacunes dans notre connaissance actuelle de la formation des galaxies, ou bien suggèrerait que les hypothèses dérivées de notre connaissance de l’Univers à plus bas redshift que nous connaissons mieux ne s’appliquerait pas à l’Univers primordial. Elle souligne aussi les risques scientifiques de tirer des conclusions avant de confirmer les décalages spectraux vers le rouge (redshifts) à partir de mesures spectroscopiques.

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/confirmation-et-refutation-de-galaxies-tres-lumineuses-dans-lunivers-primordial

1. Ces premières étoiles sont souvent appelées Population III, ce sont les toutes premières. Le Soleil s’est formé plus récemment. C’est une étoile Population I.

2. Ces éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium sont appelés « Métaux » par les astronomes. Ils comprennent le carbone, l’oxygène, l’azote et d’autres éléments chimiques qui forment la Terre et sont nécessaires au développement de la vie.

3. CIGALE (http://cigale.lam.fr) a été développé au Laboratoire d’Astronomie de Marseille, et c’est l’un des codes d’analyse de l’émission des galaxies le plus rapide au monde (voir : Boquien et al. 2019, Astronomy & Astrophysics, 622, 103).

Une éruption solaire extrême il y a 14300 ans

23 octobre 2023 by osuadmin

Les cosmonucléides tels que le carbone-14 (¹⁴C) et le béryllium-10 (¹⁰Be) sont produits dans la haute atmosphère par le rayonnement cosmique galactique qui est modulé par l’activité du Soleil. Notre étoile peut aussi émettre des particules suffisamment énergétiques pour produire ces isotopes lors d’éruptions solaires extrêmes. Les cosmonucléides sont les meilleurs indicateurs pour reconstituer l’activité solaire avant la période des mesures instrumentales.

Menée par des équipes du CNRS (voir encadré), une nouvelle étude a permis de bâtir des séries dendrochronologiques¹ couvrant les 15000 dernières années à partir d’arbres subfossiles découverts le long des rivières de la région de Gap dans les Alpes françaises. En parallèle ils ont mesuré la teneur en ¹⁴C des cernes annuels de croissance de ces arbres grâce au spectromètre AixMICADAS².

Les équipes de recherche ont alors découvert un pic de ¹⁴C remarquable qui a eu lieu au sein d’une seule année, entre 14300 et 14299 ans avant le présent (i.e. 1950). En comparant ces résultats avec les enregistrements de ¹⁰Be dans les glaces du Groenland grâce à la modélisation du cycle du carbone et à une analyse statistique sophistiquée, les chercheurs ont pu attribuer cette anomalie à une éruption solaire d’une ampleur exceptionnelle, la plus importante jamais enregistrée.

Un tel évènement serait aujourd’hui catastrophique pour notre société moderne, causant d’énormes dégâts aux réseaux électriques et de télécommunication, ainsi qu’aux systèmes de satellites.

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/une-eruption-solaire-extreme-il-y-14300-ans

1. Relatif à la dendrochronologie, à la datation par l'étude des anneaux de croissance des troncs d'arbres.

2. Spectromètre de masse par accélérateur innovant dédié à l’analyse du carbone 14. Lauréat en 2011 du premier appel à projets « Equipements d’excellence » (EQUIPEX) du programme « Investissements d’Avenir ». Il est situé au Technopôle de l’environnement Arbois-Méditerranée à Aix-en-Provence.

Le chlore 36, un nouvel outil pour l’évaluation de la dynamique du carbone des sols

12 octobre 2023 by osuadmin

Le carbone organique du sol est un élément clé de la santé des sols du fait de son rôle sur leur structure, leur fertilité et sur l’atténuation des émissions anthropiques annuelles de CO₂, le carbone organique du sol étant l’un des plus grands réservoirs de carbone terrestre que l’homme peut gérer.
Or un élément important pour évaluer la capacité du sol à stocker du carbone est son âge, qui peut être évalué par modélisation ou expérimentalement à l’aide d’isotopes du carbone. Mais les résultats obtenus pas les différentes méthodes ne sont pas cohérents et présentent même des différences très importantes. Par exemple la méthode bien connue qu’est la datation au carbon-14 fournit des âges du carbone des sols supérieurs d’un facteur 6 à 10 à ceux estimés par la modélisation et par l’utilisation des isotopes stables du carbone.

Une méthode totalement indépendante est donc nécessaire. Nous proposons une méthode alternative et indépendante basée sur la mesure du ³⁶Cl dans les sols. Le ³⁶Cl est un radionucléide produit naturellement dans l’atmosphère sous l’effet du rayonnement cosmique mais il est également produit de façon anthropique par l’industrie nucléaire. Sa production a augmenté de trois ordres de grandeur lors des essais de bombes nucléaires dans les années 50-70. Dans les sols, une partie du chlore, dont le ³⁶Cl, est retenue par la matière organique du sol sous forme de molécules organochlorées.

Ainsi, nous montrons que l’arrivée massive de ³⁶Cl dans les sols lors des essais nucléaires et son stockage dans les sols peuvent être utilisés afin d’évaluer l’âge du carbone organique des sols. En effet, nous avons mesurés les stocks de ³⁶Cl retenus dans les différentes couches d’un sol forestier échantillonné dans l’une des stations du site atelier de l’Observatoire Pérenne de l’Environnement (OPE) en Meuse/Haute-Marne. Le Cl et ³⁶Cl des sols ont été extrait par un protocole d’hydropyrolyse mis au point au CEREGE. Les mesures de Cl et de ³⁶Cl ont été faites avec une grande précision à l’instrument national ASTER qui est un accélérateur spectromètre de masse.Ces données sont comparées aux flux entrants (pluie, végétation) et sortants (drainage) en ³⁶Cl (Figure 1) et permettent de déterminer le temps de rétention du ³⁶Cl dans les sols. Nos résultats montrent que ce temps augmente avec la profondeur avec des durées allant de 20 ans en surface à 322 ans à 60 cm de profondeur. Ces durées de rétention du ³⁶Cl dans les sols sont comparables aux âges moyens estimés par les approches basées sur la modélisation ou les isotopes stables du carbone. Ce travail suggère donc que la durée de rétention du ³⁶Cl dans un sol peut être utilisé comme un indicateur de l’âge du carbone organique du sol.