30 Mar Les premiers océans étaient peut-être acides

Un modèle des flux d’ions dans les océans montre que le dioxyde de carbone contrôle l’acidité des océans

Les docteurs Itay Halevy et Aviv Bachan ont démontré les premiers effets de l’atmosphère et de l’érosion sur l’océan.

Une des façons de comprendre comment l’acidité de l’océan peut changer, par exemple en réponse à l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone (CO₂), est de regarder l’histoire de l’acidité de l’eau de mer.

Le docteur Itay Halevy de l’Institut Weizmann des Sciences a étudié le passé lointain des premiers océans de la Terre. Le modèle qu’il a développé avec le docteur Aviv Bachan de l’Université de Stanford suggère que les premiers océans, datant des origines de la vie, étaient plutôt acides et qu’ils sont progressivement devenus alcalins. L’étude publiée dans Science met en lumière la façon dont les niveaux d’acidité des anciens océans étaient contrôlés par le CO₂ atmosphérique, un important pas en avant dans la compréhension des effets du changement climatique.

L’acidité et l’alcalinité sont mesurées sur une échelle de pH de 0 à 14. Sur cette échelle, le pH 7 est neutre, un pH plus élevé est alcalin et un pH plus faible est acide. Les océans actuels sont moyennement alcalins, avec un pH autour de 8.2, et on sait qu’une augmentation du niveau de CO₂ fait aujourd’hui augmenter l’acidité des océans (baisser le pH).

Le docteur Halevy du Département des Sciences de la Terre et des Planètes de l’Institut Weizmann, explique que des millions d’années auparavant « le Soleil était initialement plus sombre, même si nous n’avons pas de preuves d’un climat vraiment plus froid. Nous pensons que la cause était un taux plus élevé de CO2, gaz à effet de serre, dans l’atmosphère primitive, et que le niveau de CO₂  baissait alors que le Soleil devenait plus brillant. », dit Halevy. Le CO₂ et l’eau produisent de l’acide carbonique, ce qui expliquerait l’acidité supérieure des premiers océans.

Mais un niveau de CO₂ plus élevé au cours de cette période aurait aussi entraîné des pluies acides, ce qui aurait conduit à des taux d’érosion de la croûte rocheuse de la Terre plus élevés, lessivant des ions qui auraient partiellement neutralisé l’acidité du CO₂. Lequel de ces effets est prépondérant ? Cela n’était pas clair ; ainsi, les modèles précédents décrivant l’histoire du pH de l’eau de mer montraient des valeurs très variables, des plus hautes aux plus basses.

Le pH de l’eau des océans était situé entre 6.0 et 7.5 – entre le pH du lait et du sang humain
Le modèle développé par Halevy et Bachan quantifie ces processus et leur impact sur les flux d’ions entrants et sortants dans l’eau des océans. Selon leur modèle, l’effet d’acidification dû au niveau plus élevé de CO₂ était dominant, et les premiers océans avaient donc un pH plus faible qu’actuellement.

« A un niveau très fondamental », dit Bachan, « nous montrons que durant tout le temps géologique, le pH des océans a été contrôlé par quelques mécanismes simples »

• Halevy estime qu’il y a trois à quatre milliards d’années, le pH de l’eau des océans était situé entre 6.0 et 7.5 –  entre celui du lait et celui du sang humain. Halevy : « Cela nous donne quelques indices sur les conditions dans lesquelles la vie est apparue dans les premiers océans. »
• Nous avions un océan plus acide qu’aujourd’hui dans lequel la vie primitive s’est développée, avec des cycles chimiques équilibrés ; mais si l’on veut appliquer ce modèle aujourd’hui, nous devons nous rappeler que cet équilibre acido-basique a été maintenu à l’échelle géologique – « des millions d’années, » ajoute-t-il. « L’acidification actuelle provoquée par le CO₂ est beaucoup plus rapide, et ce modèle ne peut s’appliquer aux problématiques à court terme d’aujourd’hui. Dans des centaines de milliers d’années, les océans auront trouvé un nouvel équilibre, mais d’ici-là, les organismes et environnements marins risquent de souffrir. »

Les recherches du docteur Itay Halevy sont soutenues par le Centre pour les Sciences Planétaires Helen Kimmel ; l’Institut Deloro pour la Recherche Avancée dans l’Espace et l’Optique ; la fondation Wolfson Family Charitable Trust. Le docteur Halevy est le titulaire de la Chaire Anna and Maurice Boukstein Career Development.