Archives par mot-clé : Geology

Climate Change : the Rule in the Geological Record (Conference)

par Alain Préat


 The first aim of paleoclimate science is to identify from observations of the geological record, the  nature of past climate changes. Paleoclimate is probably the oldest discipline in Earth science, it began in the 19th-century, and earlier with the discovery of elephant-like beast in the superficial deposits of Europe and Siberia debate about the intepretation in the 18th-century. The debate was about these surface enviroments of temperate areas shaped by the biblic flood or by glaciers [Préat, 2015 http://www.notre-planete.info/actualites/actu_4356.php]. By the middle of the 20th-century, many climate features associated with the recent ice ages have been identified. Geological processes are critical to the evolution of the climate. The most important issue pertaining the earliest evolution of the Earth’s climate is that energy emitted by the sun has progressively increased over 4.6Ga.  Recontructing climate history from the inherently incomplete geological record requires integrated analyses including geochronology, paleomagnetostratigraphy, paleobiology, paleotectonics etc.  Climate change in the geological past is the rule, it has been reconstructed using a number of key archives (including sedimentary, geochemical proxies) since billion of years. These records reveal that since its birth the Earth’s climate as a rule has been warming up or cooling down with periods of (super)greenhouse and (super)icehouse modes, on scales of thousands to hundreds of million of years. The controlling factors are both cyclic (external or astronomical) and secular (internal to the Earth) and related to plate tectonics. For more than 90 percent of its 4.6 billion-year history, Earth has been too  warm, even at the poles, for ice sheets to form. We live  in unusual times at least from the cooling at the Eocene-Oligocene boundary (± 34 Ma)  with the glaciating Antarctica. The Earth was also severely glaciated several times in its history (e.g. about 750 and 535 Ma).  As an example of the conditions prevailing in the very warm times, oxygen isotopes suggest that the Archean seawater (4.0-2.5 Ga) coud have experimented hyperthermal environments, with temperatures as high as 55-85°C [Knauth, 2005 Palaeogeography, Palaeoclimatology,  Palaeoecology, 219 : 53-69]. Considering the Precambrian as a whole (4.6-0.541 Ga), prior to about 2.2 billion years ago, the amount of oxygen in the atmosphere and surface ocean was small, concentrations of CO2 were as high as 100-1000 times modern levels, as those of CH4 which were more higher. Complex microbial eocosystems developed during this period (sulfate-reducing bacteria, autotrophic methanogens, fermenting bacteria, anoxygenic phototrophic bacteria) and could have been important contributors to the biological productivity of early Earth. Past about 2.2 Ga the productivity began to be driven by oxygen-producing (micro)organisms.

 

Les prophéties hallucinatoires de la Pythie de Delphes expliquées par la géologie

par Alain Préat

La Pythie de Delphes, une prêtresse de l’Antiquité grecque, a fortement marqué les esprits des pèlerins des VIIème et VIème siècles avant Jésus Christ par ses prophéties hallucinatoires. L’oracle, qui portait tantôt sur des faits de guerre, tantôt sur des questions plus personnelles ne faisait pas toujours l’unanimité, mais là n’est pas le plus important… Ce qui constituait une ‘énigme’ en ces temps reculés et jusqu’il y a peu, était le fait que la ou les Pythies entraient en transe dans la grotte, année après année, avec une régularité de métronome. Comment cela était-il possible, y avait-il supercherie, manipulation ? La prêtresse jouait-elle un rôle en accord avec les prêtres… ? Ces questions légitimes furent régulièrement posées tout au long de l’Histoire et finalement, il y a près d’une vingtaine d’années, c’est la géologie qui apporta une solution à cette intrigue. 

Les biominéraux microbiens : des gisements terrestres à l’exobiologie

D. Gillan (U. Mons) et A. Préat (ULB)

En raison de la toxicité des métaux lorsque ceux-ci sont en trop grande concentration dans l’environnement, le monde cellulaire a développé toute une série de mécanismes de résistance qui commencent à être bien connus chez les bactéries. Certains de ces mécanismes produisent des minéraux pouvant alors être qualifiés de biominéraux. De nombreux biominéraux ont ainsi été identifiés dans le monde bactérien. Cela va de la calcite aux oxydes de fer et de manganèse en passant par le phosphate de plomb et d’uranium. L’intérêt de bien connaître les processus de biominéralisation microbienne réside dans le fait qu’ils peuvent servir de biosignature. En effet, lesbiominéraux peuvent être préservés au cours des temps géologiques alors que les cellules à basede carbone se décomposent beaucoup plus rapidement.

La bonne connaissance de la structure de ces biominéraux nous offre un outil précieux qui pourrait être utilisé dans le cadre de la recherche de la vie sur d’autres planètes. Sur terre, l’activité des microorganismes a conduit depuis 3,7 milliards d’années à la formation de gisements minéraux encore exploités. De nombreux exemples sont connus comme les fameux dépôts rubanés de fer (« BIF ») précambriens, les stromatolithes précambriens exploités par les cimentiers en Afrique, les « marbres rouges » mésozoïques européens dont la teinte liée à des ferro-bactéries sont utilisés depuis des siècles par les architectes, les gisements d’or d’Afrique du Sud plus riches grâce à la médiation bactérienne, certains gisements de plomb, de zinc, de nickel, etc. Tous les indices biologiques laissés dans ces bio-gisements suite aux interactions de microbes et minéraux seront parmi les premiers qui nous révèleront des traces de vie sur d’autres planètes.

Gisements supergéants disparus : comment se forme le pétrole du Précambrien

par Alain Préat

Des formations et migrations d’hydrocarbures ont été mises en évidence il y a 3,25 Ga (milliards d’années) dans l’Archéen en Australie et il y a 2,45 Ga au Canada. Mais l’un des plus beaux cas est celui d’un gisement supergéant de 5 milliards de barils (qui auraient été récupérables) à partir d’une formation du Paléoprotérozoïque (± 2,1-2,0 Ga) affleurant sur 9 000 km2 près du lac de Onega dans le NO de la Russie, au sud de la Mer de Barents. Le pétrole et presque tous les gaz sont liés à l’évolution de la matière organique au cours de l’enfouissement des séries géologiques à des profondeurs de quelques kilomètres (< 6 km). Au-delà, tous les hydrocarbures sont perdus, transformés en graphite (carbone pur) sous l’effet de températures et de pressions trop élevées. Le processus qui conduit à la formation d’un gisement d’hydrocarbures est long et comporte plusieurs étapes. Si l’une d’entre elles manque, le gisement n’a aucune chance de se former. Ce processus, qui s’étend sur des dizaines de millions d’années (Ma), débute par le piégeage et la maturation de la matière organique, surtout planctonique et algaire (c’est-à-dire roches sources ou roches mères), se poursuit par l’expulsion des hydrocarbures vers des roches poreuses et perméables (= roches réservoirs) situées à proximité ou à des centaines de kilomètres. L’étanchéité du réservoir est assurée par le dépôt de couches imperméables (argiles, sels… = roches couvertures). Le processus qui expulse et permet la migration des hydrocarbures est lié, pour l’essentiel, aux structurations ou déformations tectoniques. Et si l’étanchéité n’est pas assurée, les hydrocarbures s’échappent à la surface terrestre, au fond des océans ou dans l’atmosphère (= dysmigration) (suite lien web).

Pourquoi donc les “marbres rouges” sont-ils rouges?

par Alain Préat


Depuis des siècles, les calcaires rouges d’Europe (traditionnellement appelés « marbres rouges ») ont fasciné les architectes et les sculpteurs qui les ont utilisés tant dans les monuments civils et religieux, que pour les œuvres d’art. Les marbres rouges sont relativement rares dans la nature et ont été recherchés et exploités depuis le Moyen Âge en Belgique, Espagne, France, Italie, Tchéquie, etc. Leurs âges sont divers, depuis le Cambrien jusqu’au Néogène [1]. Les marbres rouges dévoniens de France et de Belgique eurent une vogue extraordinaire aux XVe et XIXe siècles : plus de 400 carrières furent ouvertes de la Montagne Noire jusqu’aux bordures des Ardennes franco-belges qui produisirent différentes variétés, depuis les « Rouges Byzantins » jusqu’aux « Rouges Impériaux ». Ainsi furent édifiés le Palais de Louis XIV, le Trianon , le Château de Versailles ; on les retrouve même à l’Assemblée Nationale au Palais Bourbon à Paris.

Il semble ainsi approprié d’introduire cette discussion par une citation poétique, puisque cette teinte a inspiré tant de jolies choses [2] :

« Quand sur toi leur scie a grincé
les tailleurs de pierre ont blessé
quelque Vénus dormant encore,
et la pourpre qui te colore
te vient du sang qu’elle a versé »

Alfred de Musset, Poésies Nouvelles, 1850

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Le Déluge face aux moraines glaciaires, premier débat sur le changement climatique

par Alain Préat

Le premier doute sur l’interprétation diluvienne fut apporté en 1806 par un botaniste russe, Mickhail Adams, lorsqu’il exhuma un mammouth quasi intact, avec squelette complet, cartilages en place, peau bien préservée et longs poils laineux entiers. Cuvier en conclut immédiatement que ce mammouth était adapté aux régions froides de l’Arctique, y avait vécu et péri et ne pouvait provenir des tropiques. Le débat sur le changement climatique était lancé et allait diviser la communauté des géologues d’Europe et d’Amérique du Nord jusqu’à la synthèse d’Agassiz en 1840. La découverte d’animaux ressemblant aux éléphants dans les dépôts superficiels d’Europe et les plaines gelées du nord de la Sibérie était un problème pour les savants du 18ème siècle, puisque ces animaux n’étaient connus que dans les tropiques, et à l’époque il n’était pas question de changement du climat. Une seule explication était possible et fut proposée en 1728 par le zoologiste allemand Johann Breyne : les animaux ont péri lors du Déluge de Noé, les os et les dents ayant été transportés vers le Nord par les flots, les vents et abandonnés sur place à la fin du Déluge. Ce dernier était universel et les Ecritures bibliques représentaient la clé de l’interprétation de l’histoire naturelle. En 1796 Cuvier, un brillant anatomiste des vertébrés, fut le premier a montrer qu’il s’agissait de mammouths, donc une espèce distincte des éléphants actuels, et le mammouth devint à cette occasion la première espèce reconnue comme éteinte, bien avant les dinosaures en 1820 (suite lien web).

Les ressources naturelles sont-elles inépuisables?

Les ressources naturelles [1] peuvent-elles satisfaire sans fins nos exigences de bien être ?  À long terme surement pas, les gisements (métaux -uranium, thorium, or … et pierres précieuses –diamants, saphirs, topazes…), les hydrocarbures (gazeux, liquides, solides) et les géomatériaux (roches, sables, granulats…) ne sont pas renouvelables. L’économie internationale étant contrainte en premier lieu par la géologie, il en résulte une distribution inégale des richesses de la Terre et une lutte pour se les approprier, nécessitant un développement technologique pour accroître les volumes récupérables. Certains vont même jusqu’à parier que les futures ressources seront à prendre sur d’autres planètes, sur des astéroïdes ; des équipes y travaillent déjà. En attendant, tentons un bilan de la situation actuelle : reste-t-il assez de ressources sur notre planète? Pour combien de temps ?  Estimer leur volume ultime[2] est assez facile grâce à l’exploration de plus en plus efficace, mais prédire leur durée d’exploitation est une autre paire de manches car elle dépend de facteurs économiques et politiques aléatoires aussi bien dans les court et moyen termes. Les réserves ne peuvent qu’évoluer au cours du temps en fonction des moyens et les déclarer est un acte politique et économique de grande importance.

Déterminer l’âge de la Terre : une bien longue quête

par Alain Préat


On pourrait croire qu’avec l’avènement de la physique nucléaire lié à la découverte de la radioactivité en 1896, l’âge absolu de la Terre aurait été facile à déterminer. Il n’en fut rien. Avant cela, le débat, voire les querelles sur l’âge de la Terre, étaient nombreuses. D’après James Ussher (1581-1656), archevêque anglican d’Armagh et primat d’Irlande, qui se basait sur la chronologie biblique, la Création aurait eu lieu dans la nuit précédant le dimanche 23 octobre 4004 avant Jésus Christ (calendrier julien). Selon lui, la Terre serait donc récente ; ces déclarations furent prises pour argent comptant pendant près de trois siècles. Avant Ussher, cet âge était encore plus énigmatique : soit la Terre avait toujours existé (Aristote), soit elle avait « simplement » été créée avec l’Univers sans date précise (religions monothéistes). L’âge biblique intrigua bien entendu de nombreux savants depuis la Renaissance (Kepler, Newton, Descartes, Kelvin, Halley …) qui utilisèrent des méthodes de calcul variées (érosion des reliefs, salinité des océans, refroidissement du Globe, distance Terre-Lune…) pour aboutir à des âges de quelques milliers d’années à quelques dizaines de millions d’années. Pour ces premiers scientifiques (ils étaient très nombreux), les temps géologiques étaient bien plus longs que les temps historiques. En 1721, Henri Gautier, inspecteur des ponts et chaussées en Languedoc, publia le chiffre de 35 000 ans à partir d’études sur l’ablation des reliefs. En réalité, ses calculs le menèrent à quelques millions d’années, mais il publia volontairement un âge faux pour éviter des problèmes avec l’Église En 1859, Charles Darwin avança le chiffre de 300 millions d’années [1] ce qui laissait suffisamment de temps aux espèces vivantes pour évoluer. Face aux critiques, il se ravisa et proposa environ 40 millions d’années (suite lien web).

L’Histoire Naturelle est chaotique, la biodiversité aussi …

par Alain Préat

S‘il l’on procédait à ‘une remise à zéro totale’ des processus ayant affecté l’évolution de notre planète, il est fort à parier qu’aujourd’hui, c’est-à-dire 4,567 milliards d’années après la formation de la Terre, la Vie serait bien différente avec une chimie (ADN ou autre combinaison chimique) et biologie (autres plans d’anatomie, autres crises, autre biodiversité) que l’on a difficile à imaginer. La Vie aurait influencé différemment la composition de notre atmosphère (c’est par exemple elle qui est à l’origine de notre oxygène) en même temps que l’atmosphère régule la Vie. Pourrait-on le prévoir?