dossier de presse

dossier de presse
Michel Champenois : Chargé de communication CRPG/CNRS/Univ. Lorraine
tél : [phone]
[email protected].fr
«Nature» avril 2016
C R P G
Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques
www.crpg.cnrs-nancy.fr UMR 5873
Présentation de l’article publié dans le numéro du 25 avril 2016 de la revue Nature
Magmatic gases sampled from German mineral water reveal
the origin of volatile elements on Earth
(Des gaz magmatiques échantillonnés dans une source miné-
rale de l’Eifel (Allemagne) lèvent le voile sur l’origine des élé-
ments volatils terrestres)
par : Antonio Caracausi, Guillaume Avice, Pete Burnard, Evelyn Füri, Bernard
Marty
Contacts au CRPG :
Bernard Marty 33 3 83 59 42 22, [email protected].fr
Guillaume Avice 33 3 83 59 42 46, [email protected].fr
L’eau et les gaz présents sur Terre aujourd’hui, qu’ils soient dans son
atmosphère ou dans ses profondeurs, ont une origine encore débattue. De
plus, l’atmosphère présente des signes de fuites atmosphériques précoces
ou sur le plus long terme. Etudier les gaz émis depuis l’intérieur de la Terre
est donc essentiel pour comprendre l’origine des éléments volatils terrestres
puisque ceux-ci ont potentiellement conservé des informations sur leur
origine.
Dans cette étude publiée le 25 avril 2016 dans la revue Nature, quatre
scientiques du CRPG-CNRS en collaboration avec Dr. Antonio Caracausi
(INGV, Palerme, Italie) démontrent que des gaz magmatiques émis dans
la région magmatique de l’Eifel (Allemagne) enregistrent l’origine et
l’évolution précoce de notre planète. Ils démontrent, par exemple, qu’une
fraction des éléments volatils du manteau a été apportée par des astéroïdes
contrairement à l’atmosphère qui, elle, dérive d’une source différente et
encore inconnue à ce jour. Les données mettent également en évidence
l’inuence d’un panache mantélique profond sur le magmatisme régional.
Enn, la source des gaz échantillonnés s’est isolée du reste de l’activité
géologique du manteau terrestre il y a environ 4,4 milliards d’années.
L’article en diagonale

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L’énigme de l’origine des éléments volatils terrestres
La Terre s’est formée il y a 4.54 milliards d’années environ. De nombreux
évènements d’échelle planétaire se sont déroulés depuis, avec notamment
la formation du noyau terrestre, la différenciation du manteau en plusieurs
réservoirs, la production de croûtes continentale et océanique et leur
recyclage dans le manteau, des apports tardifs d’éléments volatils par des
comètes ou des astéroïdes, la fuite de l’atmosphère primitive etc...
Après tant de modications, l’origine des éléments volatils terrestres (azote,
hydrogène (eau), gaz nobles...) demeure énigmatique et il est difcile de
déterminer s’ils sont issus du gaz solaire résiduel après la formation du
système solaire (la nébuleuse solaire) ou de corps plus ou moins différenciés
tels que les astéroïdes qui ont pu heurter la Terre lors de sa formation.
Les gaz nobles, dont le xénon et ses neuf isotopes, sont des éléments
chimiquement inertes qui permettent de suivre l’ensemble de ces processus
physiques en s’affranchissant des réactions chimiques à œuvre dans les
différentes enveloppes terrestres (noyau, manteau, croûte, atmosphère).
Le xénon dans l’atmosphère terrestre a une composition isotopique qui ne
peut être issue de sources solaire ou astéroïdale. De plus il est appauvri en
abondance et présente une composition isotopique différente par rapport aux
composantes extraterrestres L’origine du xénon dans le manteau terrestre
est encore plus énigmatique puisque, jusqu’à présent, une importante
contamination atmosphérique des échantillons issus du manteau empêchait
de remonter précisément à l’origine de ce gaz dans l’intérieur de la Terre.
L’approche expérimentale
Dans l’étude publiée dans la revue Nature, l’équipe a analysé dans des
échantillons de gaz très riche en dioxyde de carbone (99.8 % de CO2)
les abondances isotopiques du xénon. Ces gaz sont émis dans la région
magmatique de l’Eifel (Allemagne) (voir photos 1 & 2). Grâce à des
techniques de purication avancées, le xénon (Xe) a pu être totalement
séparé du dioxyde de carbone et les abondances de ses différents isotopes
ont été mesurées à haute précision grâce à un spectromètre de masse de
dernière génération.
Les résultats et leurs implications
Les chercheurs ont pu déterminer d’après les abondances relatives des
isotopes légers du xénon que ce gaz noble dans le manteau terrestre a été
apporté par des corps similaires aux astéroïdes. Ce résultat est en accord
avec celui obtenu pour le krypton du manteau terrestre qui, lui aussi, semble

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avoir été apporté par des corps similaires. Etant donné que le Xénon dans
l’atmosphère terrestre n’a pas été apporté par des corps astéroïdaux, cette
observation suggère qu’au moins deux sources distinctes ont contribué au
budget des éléments volatils terrestres.
Dans le gaz magmatique de l’Eifel, l’isotope 129 et les isotopes 131 à
136 du xénon sont en excès par rapport à la composition atmosphérique
et à la composante astéroïdale. Ces excès sont liés à des décroissances
radioactives. Par exemple, le xénon 129 a été produit par décroissance
radioactive de l’iode 129, un isotope de coutre période qui était présent
quand la Terre s’est formée. Les isotopes 131 à 136 du xénon ont, quant
à eux, pu être produits par l’activité radioactive du plutonium 244 ou de
l’uranium 238. Cependant, l’iode 129 était déjà complètement désintégré
environ 160 millions d’années (Ma) après la formation du système solaire, et
le plutonium-244 existait plus après environ 800 Ma d’évolution. La présence
d’excès importants de xénon 129 et de xénon 131 à 136 dans le gaz analysé
démontre que la source mantellique à l’origine des gaz émis dans la région
de l’Eifel s’est isolée de la géodynamique globale il y a environ 4,45 milliards
d’année. Cette source a alors pu conserver ces isotopes du xénon produits
par des éléments radioactifs pourtant éteints très tôt après le début de
l’histoire de la Terre.
A l’aide de calculs numériques, les chercheurs ont pu déterminer avec
précision les différentes contributions radioactives. Celles-ci sont en parfait
accord avec les résultats précédemment obtenus pour les panaches
mantelliques remontant à la surface du globe terrestre. Ces panaches,
peut-être ancrés dans les profondeurs du manteau terrestre, remontent
à travers le manteau terrestre jusqu’à la croûte et sont parfois à l’origine
d’édices volcaniques majeurs tels que le Mauna Loa (Hawaï) ou l’Islande.
Ces résultats suggèrent donc qu’un tel panache pourrait avoir inuencé le
magmatisme de l’Europe Centrale dont la région magmatique de l’Eifel est
un témoin. Les diverses contributions radioactives démontrent également la
nécessité d’avoir, après isolement du réservoir profond, un apport de corps
riches en éléments volatils qui ont enrichi le manteau supérieur. Enn, ces
résultats suggèrent que l’apport de xénon atmopshérique a été postérieur
à la formation de la Terre, peut-être lors de bombardements tardifs incluant
des comètes.

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Victoria Quelle (source Victoria)
Allemagne
Intérieur de la source
«Victoriaquelle».
L’agitation de l’eau est due
aux remontées de bulles de
dioxyde de carbone. Les
gaz sont échantillonnés en plongeant un entonnoir relié à un tube échantillonneur.
Des bouteilles en acier inoxydable préalablement pompées collectent le gaz.