L'eau, les océans et l'air

Deux atomes du premier jour, un atome d'étoile

Une molécule d'eau compte trois atomes : deux d'hydrogène, un d'oxygène. Ces deux éléments n'ont pas été fabriqués au même endroit ni au même moment. L'histoire de chacun a déjà été racontée dans ce livre. L'eau est la première matière commune où ces deux histoires se rejoignent atome par atome.

L'hydrogène vient du premier jour. La nucléosynthèse primordiale, qui fabrique les premiers noyaux, se déroule pour l'essentiel entre trois et vingt minutes après le début de l'expansion wiki-chrono. Vers vingt minutes, la température et la densité sont devenues trop basses pour que la fusion continue de manière significative wiki-bbn. Cette fabrique ne produit que de l'hydrogène, de l'hélium et des traces de lithium. Il n'existe aucun noyau stable de masse 5 ou 8, et la chaîne des fusions s'arrête faute de ces deux marches fields2014pdg. Le chapitre 5 a décrit cette course entre la désintégration des neutrons et le refroidissement. Depuis, la quantité d'hydrogène de l'Univers n'a fait que baisser. Les étoiles le brûlent pour en faire de l'hélium, puis des éléments plus lourds, et aucune ne le fabrique. Tout élément de masse 12 ou plus, du carbone à l'uranium, a été formé dans les étoiles Kobayashi 2020, et l'hydrogène n'en fait pas partie. Chaque atome d'hydrogène d'une molécule d'eau date donc des premières minutes¹. Sur l'année cosmique, qui ramène les 13,8 milliards d'années de l'histoire à douze mois, ces vingt minutes tiennent dans le premier dixième de microseconde du 1er janvier².

L'oxygène vient des étoiles. Il fait partie des éléments dits « alpha », avec le magnésium, le silicium, le soufre et le calcium. Selon les modèles d'évolution chimique de Chiaki Kobayashi, Amanda Karakas et Maria Lugaro, ces éléments sont surtout produits dans les étoiles massives, puis éjectés par les supernovas à effondrement de cœur, l'explosion qui suit l'écroulement du cœur de fer d'une étoile massive Kobayashi 2020. Le chapitre 12 a décrit cette forge, qui monte de l'hélium au carbone, puis à l'oxygène et au silicium, et s'arrête au fer. Le mot « surtout » a un sens précis. Il résume un partage calculé par un modèle, qui combine les rendements de chaque type d'étoile et l'histoire de la formation d'étoiles de la Galaxie. Ce partage vaut pour l'ensemble de la Galaxie, et aucune mesure ne l'établit pour un atome particulier. La base ne permet donc pas de dire quelle fraction exacte de l'oxygène terrestre sort des supernovas. Elle permet de dire que c'est la source principale. Sur l'année cosmique, cet oxygène a été forgé à un moment quelconque entre janvier et la fin août, avant la naissance du Soleil, et par des générations d'étoiles qu'on ne sait pas compter.

Une molécule d'eau réunit donc les deux usines du livre. En nombre d'atomes, elle vient pour deux tiers du premier jour et pour un tiers des étoiles. En masse, le rapport s'inverse : un atome d'oxygène pèse environ seize fois un atome d'hydrogène, si bien que l'hydrogène ne fait qu'un neuvième de la masse de l'eau et l'oxygène les huit neuvièmes³. Le corps humain rend ce double compte concret. L'eau y représente environ 53 % de la masse d'un adulte, avec de fortes variations individuelles wiki-corps. L'essentiel des atomes d'hydrogène du corps, qui sont à eux seuls 62 % de ses atomes, est lié dans cette eau wiki-corps. Le chapitre 19 fera le compte complet pour tous les éléments du vivant.

Les deux histoires des atomes sont connues. Celle de leur assemblage sur la Terre l'est beaucoup moins. Des molécules d'eau existaient dans le disque de gaz et de poussière qui entourait le jeune Soleil Izidoro 2022. La Terre s'est formée dans une région de ce disque où l'eau ne pouvait pas rester à l'état solide.

Trop près du Soleil

Dans le disque du jeune Soleil, la température baissait avec la distance à l'étoile. L'eau n'y condensait en glace qu'au-delà d'une certaine distance, la « ligne des glaces », où la température tombait sous 170 kelvins Izidoro 2022, soit environ −103 °C⁴. En deçà, l'eau restait à l'état de vapeur. Les solides qui s'y assemblaient, grains, galets puis planétésimaux, ne pouvaient donc pas l'incorporer sous forme de glace. La région où se formaient les planètes rocheuses, dont la Terre, était trop chaude pour que l'eau y soit incorporée sur place Izidoro 2022.

Le chapitre 16 a montré que le disque se partageait en deux réservoirs isotopiques, que l'on reconnaît aux proportions de certains isotopes dans les météorites. Les météorites « non carbonées » (NC) viendraient du Système solaire interne, les « carbonées » (CC) du Système solaire externe, et ces deux réservoirs sont restés séparés entre environ un et trois à quatre millions d'années après le t = 0, l'âge des premiers solides du disque Lichtenberg 2023 Kruijer 2017. La ligne des glaces et cette frontière isotopique sont deux notions distinctes. La première se définit par une température, la seconde par une signature. La base ne dit pas comment elles se placent l'une par rapport à l'autre⁵. Elles pèsent pourtant dans le même sens. Les matériaux riches en eau se trouvaient au loin, et la Terre s'est formée près du Soleil.

Or la Terre est humide, et bien plus que ne le suggèrent ses océans. En comptant le manteau, les océans et l'atmosphère, elle contient l'équivalent d'environ 3 à 11 océans d'eau Lichtenberg 2023. L'unité de ce compte est la masse des océans actuels. L'océan et l'atmosphère se mesurent directement. La largeur de la fourchette vient donc de l'eau stockée dans le manteau, sous forme d'hydrogène pris dans les minéraux⁶. Même à la borne basse, l'essentiel de l'eau de la planète ne se voit pas : elle est dans la roche.

Le problème se pose ainsi. Une planète née là où l'eau ne gelait pas contient plusieurs océans d'eau. Il faut qu'elle soit arrivée d'ailleurs, ou qu'elle ait été présente sous une autre forme que la glace. Ces deux voies sont exactement les deux pistes étudiées aujourd'hui.

Venue de loin, ou déjà là

La première piste fait venir l'eau de l'extérieur. Au-delà de la ligne des glaces, les planétésimaux incorporaient de la glace et pouvaient être riches en eau. Pour qu'ils nourrissent la Terre, il faut qu'ils aient traversé le disque vers l'intérieur. André Izidoro et Laurette Piani invoquent pour cela la croissance et la migration des planètes géantes, qui auraient dispersé vers l'intérieur une partie de ces corps Izidoro 2022. Le mécanisme est gravitationnel. Une planète géante qui grossit ou change d'orbite perturbe les petits corps voisins, et certains sont projetés vers le Soleil. Le chapitre 16 a présenté Jupiter comme une barrière probable entre les deux réservoirs, et signalé une instabilité des planètes géantes datée vers 11 millions d'années après le t = 0 Edwards 2024. Il a aussi établi que la Terre est un mélange des réservoirs interne et externe Lichtenberg 2023. De la matière du réservoir externe a donc bien atteint la région de la Terre. La base ne dit ni quand ni par quel épisode, et elle ne relie pas l'instabilité datée par Edwards et ses coauteurs à l'apport d'eau⁷.

La seconde piste renverse le problème. La ligne des glaces empêche l'incorporation d'eau sous forme de glace, mais pas l'incorporation d'hydrogène sous une autre forme, lié aux minéraux de la roche elle-même. En 2020, Laurette Piani et ses coauteurs ont mesuré l'hydrogène des chondrites à enstatite. Ce sont des météorites non fondues, dominées par un silicate de magnésium, l'enstatite, et formées dans un milieu très pauvre en eau⁸. Ces météorites sont isotopiquement proches de la Terre, ce qui en fait les meilleurs témoins disponibles des matériaux dont elle s'est assemblée Lichtenberg 2023. Piani et ses coauteurs y trouvent assez d'hydrogène pour livrer au moins trois fois l'eau des océans Piani 2020. Ils trouvent aussi que les isotopes de leur hydrogène et de leur azote ressemblent à ceux de la Terre Piani 2020.

L'argument isotopique fonctionne comme celui des réservoirs NC et CC. L'hydrogène a deux isotopes stables. L'hydrogène ordinaire a un noyau fait d'un seul proton, et le deutérium ajoute un neutron à ce proton. Le rapport entre les deux varie d'un corps du Système solaire à l'autre et sert de signature de provenance⁹. Une source d'eau dont la signature différerait de celle de la Terre ne pourrait pas en être la source principale sans que le mélange trahisse l'écart. Les chondrites à enstatite passent ce test pour l'hydrogène et pour l'azote Piani 2020. La base ne donne pas les valeurs mesurées, ni celles des autres familles de météorites et des comètes. Elle ne permet donc pas de refaire la comparaison ici, seulement d'en rapporter la conclusion¹⁰.

Les deux pistes ne s'excluent pas. Izidoro et Piani, dans leur synthèse de 2022, les combinent. Pour eux, l'eau des planètes rocheuses vient de matériaux porteurs d'hydrogène propres au disque interne, et elle a été complétée par des planétésimaux riches en eau formés au-delà de la ligne des glaces Izidoro 2022. La part de chaque source n'est pas chiffrée dans la base. La question n'est donc plus de choisir entre un héritage local et un apport lointain. Elle porte sur le partage entre les deux, et sur le calendrier.

Deux sources candidates sont écartées ou minorées. La part des comètes, ces corps glacés venus des confins du Système solaire, est jugée faible Lichtenberg 2023. Le placage tardif, la petite quantité de matière de type chondritique tombée sur la Terre après le dernier impact géant, était probablement sec Lichtenberg 2023. Le chapitre 17 a montré que ce placage expliquerait l'excès d'or et de platine du manteau. Il n'a apparemment pas apporté l'eau. L'essentiel de l'apport d'eau se place donc plus tôt, pendant l'accrétion elle-même, quand la Terre grossissait par collisions entre embryons Lichtenberg 2023. Une autre voie reste discutée, celle d'un hydrogène capté directement dans le gaz du disque et dissous dans l'océan de magma de la jeune Terre Lichtenberg 2023. La base n'en dit pas davantage¹¹.

Cet apport précoce entraîne une conséquence. Si l'eau est arrivée pendant l'accrétion, elle a dû traverser les impacts géants, qui ont fondu la planète et, on va le voir, arraché ses premières atmosphères. Pour qu'elle soit encore là, il faut qu'une grande partie de cette eau ait été gardée à l'intérieur, dans la roche fondue ou solide, plutôt que dans une enveloppe de gaz exposée aux chocs. C'est une déduction de ce chapitre, cohérente avec les 3 à 11 océans dont la plupart sont encore dans le manteau¹². Le statut de l'ensemble est clair. L'origine de l'eau terrestre est débattue Lichtenberg 2023. Ce qui a changé récemment, c'est que la piste locale, longtemps jugée impossible par l'argument de la ligne des glaces, dispose d'un réservoir mesuré.

Des atmosphères arrachées

L'eau des océans est passée par l'air avant de former une mer. Or la Terre n'a pas eu une atmosphère mais plusieurs, et les premières n'ont pas survécu.

La première a pu être une enveloppe primordiale d'hydrogène et d'hélium, captée dans le gaz du disque pendant que la proto-Terre grossissait Lichtenberg 2023. Le conditionnel tient à ce qu'il n'en reste aucune trace directe. La Terre actuelle est fortement appauvrie en néon et en argon, deux gaz rares qui ne se combinent presque pas chimiquement et ne peuvent donc pas se cacher dans les roches. Une planète qui aurait gardé son air d'origine en conserverait beaucoup. Leur rareté indique que les impacts géants ont arraché les premières atmosphères Lichtenberg 2023. Le chapitre 17 a exposé ce raisonnement¹³. Il suffit ici d'en retenir la conséquence : l'air que la Terre a eu ensuite ne descend pas de l'air du disque.

Après l'impact qui forma la Lune, la surface de la Terre est un océan de magma, de la roche fondue sur une grande profondeur. Une atmosphère de vapeur de silicates le surmonte, c'est-à-dire de roche vaporisée Lichtenberg 2023. À mesure que ce magma refroidit, les silicates retombent, et l'atmosphère se remplit de volatils dégazés, les substances légères que la roche fondue libère en refroidissant Lichtenberg 2023. La solidification complète d'une planète de la taille de la Terre prend de 10⁵ à 10⁸ ans selon les modèles, soit de cent mille à cent millions d'années Lichtenberg 2023. Sur l'année cosmique, cela va de quelques minutes à deux jours et demi¹⁴. La fourchette couvre trois ordres de grandeur, et elle dépend en partie de l'atmosphère même qui recouvre le magma et freine son refroidissement, comme l'a noté le chapitre précédent.

La composition de ce premier air dégazé dépend d'une propriété du manteau, son état d'oxydation. Le terme désigne la quantité d'oxygène disponible dans la roche pour se lier aux autres éléments¹⁵. Si le manteau est oxydé, l'hydrogène sort lié à l'oxygène, sous forme de vapeur d'eau (H₂O), et le carbone sous forme de dioxyde de carbone (CO₂). S'il est réduit, c'est-à-dire pauvre en oxygène disponible, le dégazage libère de l'hydrogène (H₂), du monoxyde de carbone (CO) ou du méthane (CH₄) Lichtenberg 2023. Les deux cas donnent deux premiers airs très différents. Le premier est une vapeur d'eau et de gaz carbonique qui peut condenser en mer. Le second est un mélange de gaz combustibles où l'eau ne vient pas d'emblée. Le dégazage oxydé est « aujourd'hui considéré comme le scénario standard » pour la Terre Lichtenberg 2023. La fiche de la base range ce scénario parmi les hypothèses, et ne dit pas sur quels indices il repose¹⁶.

Si l'on suit ce scénario, le premier air durable de la Terre est donc fait surtout de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone, sorti de l'intérieur de la planète. L'eau y est présente dès le départ, sous forme de gaz. Ce premier air ne contient pas d'oxygène libre. L'oxygène y est tout entier lié, dans l'eau et dans le gaz carbonique. La base ne donne ni la pression de cette atmosphère ni la part de chaque gaz, et elle ne dit rien de l'azote, qui domine l'air actuel¹⁷.

Le premier océan, lu dans un grain

Quand la surface refroidit assez, la vapeur d'eau condense et tombe. Ce premier océan n'a laissé aucune roche. Le chapitre 17 a montré que de l'Hadéen, le premier éon de l'histoire terrestre, jusque vers 4,0 milliards d'années, il ne reste presque rien Lichtenberg 2023. L'indice le plus ancien de l'eau liquide tient dans un grain de sable.

Ce grain est un zircon détritique des Jack Hills, en Australie occidentale : un cristal arraché à une roche disparue, puis déposé dans un sédiment plus récent. Le plus vieux de ces grains a 4 404 ± 8 millions d'années Wilde 2001, et son âge hadéen a été confirmé en 2014 par tomographie à sonde atomique Valley 2014. L'article de Simon Wilde et de ses coauteurs, en 2001, porte dans son titre la double conclusion qu'ils en tirent : l'existence d'une croûte continentale et d'océans sur la Terre il y a 4,4 milliards d'années Wilde 2001.

Pour l'eau, l'argument ne vient pas de l'âge du grain. Il vient de son oxygène. L'oxygène a plusieurs isotopes, et leurs proportions dans une roche changent quand celle-ci interagit avec de l'eau liquide à basse température. Un zircon qui cristallise dans un magma enregistre les proportions de ce magma¹⁸. Selon Wilde et ses coauteurs, les rapports isotopiques mesurés dans le zircon de 4,4 milliards d'années « désignent l'intervention de matériaux supracrustaux ayant subi une interaction à basse température avec une hydrosphère liquide » Wilde 2001. « Supracrustaux » désigne des matériaux formés à la surface de la croûte. « Hydrosphère liquide » désigne de l'eau liquide en surface.

Le raisonnement compte quatre étapes, et chacune ajoute une inférence. D'abord, le grain a cristallisé dans un magma dont il porte la signature d'oxygène. Ensuite, cette signature n'est pas celle d'un magma issu directement du manteau. Elle suppose que le magma a incorporé de la matière venue de la surface. Puis cette matière de surface avait été altérée par de l'eau liquide à basse température. Enfin, il y avait donc de l'eau liquide à la surface de la Terre avant 4,4 milliards d'années. La synthèse de Lichtenberg et de ses coauteurs en tire une date. D'après les zircons, de l'eau liquide aurait été présente en surface dès 150 millions d'années environ après le t = 0 Lichtenberg 2023. La fiche de la base qualifie cette conclusion d'inférence largement acceptée, non d'observation d'un océan¹⁹. Le grain ne dit ni l'étendue de cette eau, ni sa profondeur, ni sa durée. Il dit qu'elle a existé, liquide et froide, assez longtemps pour altérer des roches qui ont été refondues ensuite.

Deux mises en garde s'imposent. La première tient à l'objet daté. On date un minéral, pas une roche. La plus vieille roche entière connue avec certitude, le gneiss d'Acasta au Canada, a 4,02 milliards d'années Lichtenberg 2023. Entre le zircon et Acasta, près de quatre cents millions d'années ne sont documentées que par des grains. La seconde tient au statut de la conclusion. L'océan hadéen est une reconstruction qui passe par la chimie d'un magma disparu. Chaque étape du raisonnement est plausible, et la conclusion dépend de toutes.

Frances Westall, dans sa synthèse de 2025 sur les premières traces de vie, place des océans « habitables » dès 4,34 milliards d'années Westall 2025. Cette date est un peu plus tardive que l'indice des zircons. Elle suit, dans le même texte, un impact lunaire placé vers 4,35 milliards d'années Westall 2025. Or le chapitre 17 a montré que cette date lunaire tardive est aujourd'hui contestée. L'amas d'âges vers 4,35 milliards d'années daterait une refonte de la Lune par les marées, et la Lune serait née entre 4,43 et 4,53 milliards d'années Nimmo 2024. Les deux lectures ne donnent pas la même histoire de l'eau. Avec une Lune ancienne, la suite est ordonnée : l'impact, puis l'océan de magma, puis une eau liquide dès 4,40 milliards d'années, que les zircons enregistrent. Avec une Lune à 4,35 milliards d'années, le zircon de 4,40 milliards d'années témoignerait d'une eau antérieure au dernier impact géant, qui aurait refondu la surface après elle. Les océans habitables de Westall suivraient alors ce choc de dix millions d'années à peine²⁰.

Reste le Grand Bombardement tardif. Selon cette hypothèse, un pic d'impacts aurait frappé la Terre et la Lune entre environ 4,1 et 3,8 milliards d'années. Elle est aujourd'hui contestée, parce que les âges lunaires sur lesquels elle reposait posent problème et que les échantillons d'Apollo ont pu être contaminés par les débris d'un seul grand bassin, Imbrium. Le relevé des impacts pourrait s'expliquer par un déclin graduel Lichtenberg 2023. Le chapitre précédent a détaillé cette contestation. Pour l'histoire de l'eau, l'enjeu est chronologique. Un tel pic aurait frappé une planète qui portait déjà de l'eau liquide depuis plusieurs centaines de millions d'années, si l'on suit les zircons. La base ne dit pas ce qu'il aurait fait de ces océans, ni s'il les aurait vaporisés en tout ou en partie²¹.

Sur l'année cosmique, la suite se lit ainsi. Le t = 0 tombe le 2 septembre vers 4 h 45 du matin. L'eau liquide des zircons apparaît environ quatre jours plus tard, et le plus vieux zircon cristallise le 6 septembre vers midi et demi. Les océans habitables de Westall suivent le 8 septembre, vers 5 h du matin. Le gneiss d'Acasta, la première roche entière, n'arrive que le 16 septembre. Le Grand Bombardement tardif, s'il a eu lieu, s'étendrait du 14 au 22 septembre²². La Terre aurait donc eu de l'eau liquide moins d'une semaine cosmique après la naissance du Soleil.

Un Soleil trop pâle pour de l'eau liquide

Cette eau liquide pose un second problème, de climat. Selon les modèles d'évolution stellaire, la Terre primitive recevait du Soleil environ 25 % d'énergie en moins qu'aujourd'hui Feulner 2012. Georg Feulner, qui a fait en 2012 la revue de ce qu'on appelle le « paradoxe du jeune Soleil pâle », en tire la conséquence. Avec l'atmosphère actuelle, la Terre aurait dû être gelée pendant ses deux premiers milliards d'années Feulner 2012. Or la géologie montre de l'eau liquide à l'Archéen, l'éon qui va de 3,8 à 2,5 milliards d'années, et la vie y apparaît Feulner 2012. Les zircons hadéens repoussent le problème plus loin encore dans le passé. La base n'explique pas pourquoi un Soleil jeune brille moins. Elle rapporte seulement le chiffre, tiré des modèles d'étoiles²³.

Le paradoxe est un conflit entre deux sources indépendantes. L'une est la physique des étoiles, qui donne l'énergie reçue. L'autre est la géologie, qui montre de l'eau liquide. Pour les réconcilier, il faut que la Terre ait retenu davantage de la chaleur reçue, ou qu'elle en ait moins renvoyé vers l'espace. La plupart des solutions invoquent une atmosphère plus riche en gaz à effet de serre, ces gaz qui laissent passer la lumière solaire mais retiennent une partie de la chaleur que la surface réémet Feulner 2012²⁴. Trois candidats sont en tête : le dioxyde de carbone, le méthane et l'ammoniac Feulner 2012. Le premier est justement le gaz que le scénario standard de dégazage met dans le premier air. Le méthane figure parmi les produits d'un dégazage réduit.

Aucune de ces solutions ne suffit aujourd'hui. Selon Feulner, « toutes présentent des difficultés considérables », et le problème reste ouvert Feulner 2012. La base ne détaille pas ces difficultés. Elle ne dit ni quelle quantité de chaque gaz serait nécessaire, ni ce qui la rend improbable, ni quelles solutions sans gaz à effet de serre ont été proposées²⁵. Ce qui départagerait les hypothèses est pourtant clair dans son principe. Il faudrait mesurer, dans des roches archéennes, la composition de l'air qui les a touchées, et chiffrer ainsi la teneur en gaz carbonique ou en méthane de l'époque. La base ne rapporte aucune mesure de ce genre.

Le chapitre doit donc laisser ce paradoxe ouvert. L'eau liquide ancienne est bien établie, par les zircons pour l'Hadéen et par la géologie pour l'Archéen. L'énergie solaire plus faible est une prédiction robuste des modèles d'étoiles. Ce qui manque, c'est le mécanisme qui a tenu la Terre au-dessus du point de gel pendant deux milliards d'années, soit plus de cinquante jours de l'année cosmique, de début septembre à la fin octobre²⁶.

Un air sans oxygène

Le premier air de la Terre n'était pas respirable. Pendant environ la moitié de son histoire, l'atmosphère n'a pas contenu d'oxygène libre, c'est-à-dire de molécules d'O₂ non liées à d'autres éléments Poulton 2021²⁷. L'oxygène ne manquait pas sur la Terre, puisqu'il forme la plus grande part de la masse de l'eau et des roches. Il y était tout entier lié, dans l'eau, le gaz carbonique et les minéraux. Le dégazage oxydé du scénario standard donne un air plein d'atomes d'oxygène, mais sans une seule molécule d'oxygène libre.

La date de l'arrivée de l'oxygène libre est connue avec une précision remarquable, et elle a été affinée récemment. Selon Simon Poulton et ses coauteurs, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère dépasse pour la première fois 10⁻⁵ du niveau actuel vers 2,43 milliards d'années Poulton 2021, soit un cent-millième de la teneur de l'air d'aujourd'hui. Ce seuil, très bas, est celui que les roches permettent de repérer. C'est le début de ce qu'on appelle la Grande Oxydation. La montée ne s'est pas faite d'un coup. D'après les isotopes du soufre et les systèmes chimiques qui associent fer, soufre et carbone dans les sédiments, l'oxygène a ensuite oscillé pendant environ deux cents millions d'années, montant et redescendant. Il ne s'est installé de façon permanente que vers 2,22 milliards d'années, au moment d'une anomalie des isotopes du carbone connue sous le nom d'excursion de Lomagundi Poulton 2021. La base ne détaille pas comment ces isotopes enregistrent la présence ou l'absence d'oxygène²⁸.

Ces deux dates n'ont pas le même statut. Le début, vers 2,43 milliards d'années, est bien établi. L'instabilité pendant deux cents millions d'années et la date de 2,22 milliards d'années pour l'oxygénation permanente sont des résultats récents, publiés en 2021 par une équipe Poulton 2021. Une autre présentation, encyclopédique, fait commencer la Grande Oxydation entre 2,46 et 2,426 milliards d'années et la fait s'achever vers 2,06 milliards d'années wiki-goe. Les deux s'accordent sur le début. Elles diffèrent sur la fin, parce qu'elles ne définissent pas l'événement de la même manière. L'une date le moment où l'oxygène ne redescend plus, l'autre la fin d'une période plus longue de montée²⁹.

Sur l'année cosmique, l'oxygène franchit son premier seuil le 28 octobre, vers 17 h 30. Il oscille pendant un peu plus de cinq jours et s'installe pour de bon le 3 novembre, vers 7 h du matin²². Depuis les océans des zircons, le 6 septembre, il s'est écoulé près de deux mois cosmiques. Pendant tout ce temps, la Terre avait de l'eau liquide et un air sans oxygène libre.

La cause de ce changement est biologique. On l'attribue aux cyanobactéries, des micro-organismes dont la photosynthèse rejette de l'oxygène wiki-goe. Ce que ces organismes sont, depuis quand ils existent et de quoi ils sont faits relève des chapitres suivants, à commencer par le chapitre 19. L'eau et l'air sont en place. Ce qui les changera est vivant.

Ce qu'on ne sait pas

On ne sait pas d'où vient l'eau de la Terre, ni dans quelles proportions. Deux sources s'opposent sans s'exclure. L'une est un hydrogène propre au disque interne, dont les chondrites à enstatite montrent qu'il pouvait suffire à au moins trois océans, avec des isotopes d'hydrogène et d'azote semblables à ceux de la Terre Piani 2020. L'autre est un apport de planétésimaux riches en eau venus d'au-delà de la ligne des glaces Izidoro 2022. La synthèse la plus récente de la base les combine sans chiffrer leur partage Izidoro 2022. Ce qui départagerait : la comparaison des signatures isotopiques de l'eau terrestre, manteau compris, avec celles de chaque famille de météorites, et des modèles de formation qui prédisent la quantité de matière externe reçue par la Terre. Confiance élevée sur la faible part des comètes et sur un apport pendant l'accrétion plutôt que par le placage tardif Lichtenberg 2023 ; faible sur le partage entre les deux sources principales. La mesure de Piani et de ses coauteurs est connue dans la base par un communiqué, non par l'article.

On ne sait pas combien d'eau la Terre contient : de 3 à 11 océans Lichtenberg 2023. Une fourchette d'un facteur presque quatre, qui tient à l'eau du manteau. Confiance modérée.

On ne sait pas exactement de quoi était fait le premier air durable. Le scénario standard est un dégazage oxydé, de vapeur d'eau et de gaz carbonique. Un manteau réduit aurait donné de l'hydrogène, du monoxyde de carbone ou du méthane Lichtenberg 2023. La base classe ce scénario comme hypothèse et ne dit pas sur quels indices il l'emporte. Elle ne donne ni pression ni composition chiffrée. Confiance modérée sur le caractère oxydé ; faible sur tout le reste.

On ne sait pas depuis quand exactement il y a des océans. L'indice le plus ancien, l'oxygène d'un zircon de 4 404 ± 8 millions d'années, suggère de l'eau liquide en surface dès 150 millions d'années environ après le t = 0 Wilde 2001 Lichtenberg 2023. C'est une inférence en quatre étapes, largement acceptée, mais qui ne dit rien de l'étendue ni de la durée de cette eau. La publication de Wilde et de ses coauteurs n'a été lue que par un résumé. L'âge de la Lune pèse sur la lecture. Avec une Lune ancienne, l'eau suit le dernier impact géant. Avec une Lune vers 4,35 milliards d'années, comme chez Westall Westall 2025, le zircon précéderait ce choc. Confiance modérée sur une eau liquide avant 4,3 milliards d'années.

On ne sait pas si un Grand Bombardement tardif a frappé ces océans. Le pic d'impacts entre 4,1 et 3,8 milliards d'années est contesté, et un déclin graduel pourrait rendre compte des données Lichtenberg 2023. Confiance faible dans l'hypothèse d'un pic.

On ne sait pas comment la Terre a gardé son eau liquide sous un Soleil 25 % moins lumineux. Les solutions par gaz à effet de serre, dioxyde de carbone, méthane et ammoniac, présentent toutes des difficultés considérables selon Feulner Feulner 2012. Ce qui départagerait : des mesures, dans des roches archéennes, de la composition de l'air ancien. Le problème est ouvert depuis au moins la revue de 2012, et la base ne rapporte pas de progrès plus récent.

On ne sait pas avec certitude comment l'oxygène s'est installé. Le premier franchissement du seuil de 10⁻⁵ du niveau actuel vers 2,43 milliards d'années est établi. L'instabilité pendant deux cents millions d'années et l'installation définitive vers 2,22 milliards d'années reposent sur une étude de 2021 Poulton 2021. D'autres présentations font durer la Grande Oxydation jusque vers 2,06 milliards d'années wiki-goe. Confiance élevée sur le début ; modérée sur le rythme.

Ce que ce chapitre démontre

Une molécule d'eau porte deux atomes du premier jour pour un atome d'étoile. Son hydrogène date de la nucléosynthèse primordiale, entre trois et vingt minutes, qui ne produit que de l'hydrogène, de l'hélium et des traces de lithium. Les étoiles consomment l'hydrogène et n'en fabriquent pas fields2014pdg wiki-bbn Kobayashi 2020. Son oxygène est surtout produit dans les étoiles massives et éjecté par les supernovas à effondrement de cœur, selon des modèles d'évolution chimique Kobayashi 2020. En masse, l'eau est aux huit neuvièmes de l'oxygène d'étoile. Elle fait environ 53 % de la masse d'un adulte wiki-corps.

Dans le disque du jeune Soleil, la glace ne condensait qu'au-delà de la ligne des glaces, sous 170 kelvins. La région des planètes rocheuses était trop chaude pour incorporer de l'eau sur place Izidoro 2022. La Terre contient pourtant l'équivalent de 3 à 11 océans, dont l'essentiel dans son manteau Lichtenberg 2023.

Deux sources expliquent cette eau. D'une part, un hydrogène local : les chondrites à enstatite, isotopiquement proches de la Terre, en contiennent assez pour au moins trois océans, avec des isotopes d'hydrogène et d'azote semblables aux siens Piani 2020. D'autre part, des planétésimaux riches en eau, dispersés depuis l'extérieur par la croissance et la migration des géantes. Izidoro et Piani combinent les deux Izidoro 2022. Les comètes comptent peu, le placage tardif était probablement sec, et l'essentiel de l'eau est arrivé pendant l'accrétion Lichtenberg 2023.

Les premières atmosphères, dont une enveloppe possible d'hydrogène et d'hélium captée dans le disque, ont été arrachées par les impacts géants, comme l'indique le déficit de la Terre en néon et en argon. Après l'impact lunaire, un océan de magma, qui met de 10⁵ à 10⁸ ans à se solidifier selon les modèles, dégaze un nouvel air. Selon le scénario standard, un manteau oxydé libère surtout de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone Lichtenberg 2023.

Le premier océan se lit dans un grain. L'oxygène d'un zircon des Jack Hills de 4 404 ± 8 millions d'années suggère un magma nourri de matière altérée par de l'eau liquide à basse température Wilde 2001. On en infère de l'eau liquide en surface dès 150 millions d'années environ après le t = 0 Lichtenberg 2023, et Westall place des océans habitables dès 4,34 milliards d'années Westall 2025. On date un minéral, non une roche : la plus vieille roche entière, Acasta, a 4,02 milliards d'années Lichtenberg 2023. Le Grand Bombardement tardif est contesté Lichtenberg 2023.

Cette eau liquide coexiste avec un Soleil qui donnait 25 % d'énergie en moins. Aucune solution par gaz à effet de serre ne lève le paradoxe sans difficulté considérable Feulner 2012.

L'air est resté sans oxygène libre pendant la moitié de l'histoire de la Terre. L'oxygène dépasse un cent-millième du niveau actuel vers 2,43 milliards d'années, oscille pendant environ deux cents millions d'années et ne devient permanent que vers 2,22 milliards d'années Poulton 2021. Sur l'année cosmique, le t = 0 tombe le 2 septembre vers 4 h 45. Le plus vieux zircon cristallise le 6 septembre vers midi et demi, les océans habitables de Westall apparaissent le 8. L'oxygène franchit son premier seuil le 28 octobre et s'installe le 3 novembre. L'eau et l'air étaient prêts deux mois cosmiques avant que le vivant ne les change.

Notes