–15 °C : la température océanique la plus froide jamais identifiée

Il y a environ 700 millions d’années, la Terre était emprisonnée sous une couche de glace de plusieurs centaines de mètres d’épaisseur ; un état glaciaire que les scientifiques appellent la « Terre boule de neige » (Snowball Earth). Les océans se sont refroidis, mais ont réussi à conserver suffisamment de chaleur pour éviter de geler entièrement.

Des chercheurs ont publié dans la revue Nature Communications une estimation de la température et de la salinité des océans durant cette période.

En analysant des données issues de dépôts rocheux, les auteurs de l’étude estiment que la température de l’océan était d’environ –15 °C. C’est environ 12 °C de moins que les températures océaniques les plus froides actuelles. L’étude indique également que la salinité était plus de quatre fois supérieure à celle d’aujourd’hui, ce qui permettait à l’océan de devenir extrêmement froid sans pour autant geler. Ces estimations suggèrent que tous les microbes, le phytoplancton, les algues et les éponges qui vivaient sur Terre à cette époque ont enduré des conditions encore plus rudes que ce que les scientifiques supposaient jusqu’à présent.

« Ces nouvelles données de température et de salinité [anciennes] élèvent le niveau de stress environnemental », explique l’un des coauteurs de l’étude, le géologue Ross Mitchell, de l’Académie chinoise des sciences à Pékin.

UNE ANOMALIE DANS DES ROCHES ANCIENNES

Les recherches de l’équipe ont été déclenchées lorsqu’un autre coauteur de l’étude, le géologue Paul Hoffman, de l’Université de Victoria en Colombie-Britannique, s’est demandé si la température de l’océan durant la période de la Terre boule de neige pouvait expliquer une anomalie observée dans des données précédemment collectées à partir de couches de fer déposées sur le plancher océanique.

Ces bandes de rouille se sont formées parce que les océans ont soudainement reçu des apports d’oxygène qui ont réagi avec le fer dissous accumulé dans l’eau.

Selon des recherches dirigées par un autre coauteur de l’étude, le géologue Maxwell Lechte de l’Université de Melbourne, ces dépôts de fer se situaient près d’anciennes lignes de côte, là où les glaciers rejoignaient la mer et où des eaux de fonte riches en oxygène, issues de la glace, s’infiltraient dans l’océan.

Mais les dépôts datant de la période de la Terre boule de neige contenaient des particules de fer beaucoup plus lourdes que celles déposées sur les roches océaniques il y a environ 2,4 milliards d’années. Hoffman s’est alors demandé si les températures régnant dans l’océan de la Terre boule de neige pouvaient être responsables de ces dépôts particuliers.

Ross Mitchell a ensuite travaillé avec les auteurs principaux de l’étude, les géochimistes Kai Lu et Lianjun Feng, également de l’Académie chinoise des sciences, qui ont estimé que la température océanique qui aurait pu expliquer cet excès de particules de rouille plus lourdes devait avoisiner un glacial –15 °C.

« J’aime beaucoup l’approche qu’ils ont utilisée », commente le géochimiste Timothy Conway, de l’Université de Floride du Sud, qui n’a pas pris part à l’étude. « Elle repose sur des données expérimentales et un modèle théorique avec certaines hypothèses, mais cela semble cohérent. »

L’équipe a également envisagé la possibilité que l’anomalie soit due à des particules de fer plus lourdes issues de l’érosion glaciaire sur les continents ou de sources hydrothermales, mais leur analyse a montré que cette hypothèse était peu probable.

Ils ont aussi calculé que les océans situés à proximité des marges glaciaires devaient être plus de quatre fois plus salés afin d’abaisser suffisamment le point de congélation de l’eau pour éviter qu’elle ne gèle complètement.

COMMENT LA VIE S'EST-ELLE FRAYÉE UN CHEMIN ?

Les scientifiques étudient depuis longtemps la manière dont la vie a pu survivre durant l’ère cryogénienne, qui inclut la période de la Terre boule de neige, ainsi qu’un autre épisode glaciaire similaire survenu il y a environ 650 millions d’années.

Une hypothèse est que la vie était mieux adaptée aux conditions extrêmes de faible teneur en oxygène et de lumière quasi inexistante, ou qu’elle persistait près des sources hydrothermales, où elle pouvait produire de la nourriture à partir d’autres substances chimiques.

Une autre théorie suggère que la vie a survécu dans des mares d’eau de fonte à la surface de la glace, à l’image des cyanobactéries et des algues que l'on observe aujourd’hui sur la barrière de glace de McMurdo, en Antarctique.

« Ces environnements de surface auraient pu permettre à un assemblage diversifié de formes de vie de persister et de continuer à évoluer tout au long des glaciations », explique la géochimiste Fatima Husain, du Massachusetts Institute of Technology, qui n’a pas participé à l’étude mais a mené des recherches sur ce sujet l’an dernier.

Une autre possibilité encore est que les organismes aient survécu ou migré vers les marges glaciaires afin d’accéder à l’oxygène contenu dans l’eau de fonte à la base de la glace. Mais ils auraient alors dû faire face aux conditions extrêmes prévues par la nouvelle étude. Cette hypothèse est renforcée par la découverte de bactéries vivant dans des saumures tout aussi froides et salées sous la glace du lac Vida, en Antarctique.

« Nous continuons à en apprendre davantage sur l’extrême sévérité de l’ère cryogénienne », conclut Fatima Husain, « et cela rend d’autant plus remarquable la persistance de la vie et sa diversification spectaculaire après cette période. »