Refroidissement mondial mis au jour par le MIT : l'argile tectonique piège efficacement le carbone organique.

Des scientifiques du MIT ont identifié un minéral argileux appelé smectite, capable de capter efficacement le carbone et potentiellement d'affecter le climat mondial sur des périodes s'étendant sur des millions d'années. La recherche indique que ce minéral a probablement joué un rôle dans l’apparition des périodes glaciaires au cours de l’histoire et qu’il pourrait potentiellement être utile dans les efforts futurs visant à atténuer le changement climatique. Les résultats de l'étude ont été publiés pour la première fois dans SciTechDaily.com.

La smectite est une certaine argile connue pour sa surface texturée en accordéon. L’argile peut capter et stocker efficacement le dioxyde de carbone, ce qui pourrait contribuer à lutter contre le réchauffement climatique au fil du temps.

Les scientifiques du MIT montrent que la smectite, un minéral argileux trouvé sur le fond marin, est étonnamment apte à capturer et à stocker le carbone pendant des millions d'années. À l'examen microscopique, l'argile présente une structure ressemblant aux plis d'un accordéon. Ces plis sont connus pour piéger efficacement le carbone organique.

L’équipe du MIT a démontré que l’argile capturant le carbone est le produit d’un mouvement tectonique. Lorsque la croûte océanique entre en collision avec une plaque continentale, elle fait remonter à la surface des roches qui, avec le temps, peuvent se décomposer en divers minéraux, dont la smectite. Finalement, les sédiments argileux retournent au fond marin, où les minéraux emprisonnent des fragments d'organismes en décomposition dans leurs replis microscopiques. En conséquence, le carbone organique ne peut pas être consommé par les microbes et rejeté dans l’air sous forme de dioxyde de carbone.

Sur des millions d'années, la smectite peut potentiellement avoir un impact mondial, en contribuant à diminuer la température de la Terre. Les chercheurs ont déterminé que la smectite avait probablement été créée à la suite de plusieurs événements tectoniques importants au cours du dernier demi-milliard d'années. Lors de chaque incident tectonique, les argiles ont piégé suffisamment de carbone pour provoquer une période glaciaire.

Ces découvertes encourageantes sont une première, démontrant le potentiel de la tectonique des plaques à provoquer des périodes glaciaires via la génération de smectite piégeant le carbone.

L’équipe du MIT indique que l’activité tectonique conduit à la formation d’argile smectite, capable de capter une quantité surprenante de carbone organique. Cela se produit sur des millions d’années.

Aujourd’hui, ces argiles se retrouvent dans certaines zones à activité tectonique active. L’équipe de recherche suggère que l’argile smectite continue de capter le carbone, contribuant ainsi à une défense naturelle, bien que lente, contre les activités humaines liées au réchauffement climatique.

Joshua Murray, étudiant diplômé du MIT, déclare que l'impact de ces minéraux argileux est important et a des implications sur le maintien de la vie sur les planètes. Il discute des utilisations modernes potentielles de ces argiles pour compenser une partie du carbone rejeté par l’homme dans l’atmosphère.

Ces résultats de recherche ont été publiés dans la revue Nature Geoscience le 30 novembre par les chercheurs Murray et Oliver Jagoutz, professeur de géologie au MIT.

Des recherches préliminaires menées par l'équipe suggèrent que l'action tectonique dans les régions tropicales était probablement à l'origine de chacune des principales périodes glaciaires de la Terre. Ils ont approfondi ce lien et démontré le mécanisme par lequel l’activité tectonique pourrait générer des minéraux piégeant le carbone en quantités suffisantes pour provoquer une ère glaciaire mondiale.

L’équipe a étudié la littérature et les données géologiques, créé une simulation basée sur leurs découvertes et analysé l’impact de différents types de roches exposés à la suite de collisions tectoniques. La recherche consistait à étudier l’altération des roches et les minéraux formés à la suite de cette activité.

Enfin, ces minéraux altérés par les intempéries ont été utilisés dans un cycle terrestre simulé du carbone pour déterminer l’effet de l’interaction du carbone avec les formes organiques et inorganiques du carbone.

D’après ces analyses, un minéral avait une présence et un effet clairs : la smectite. Non seulement l’argile était un produit naturellement altéré de la tectonique tropicale, mais elle était également très efficace pour piéger le carbone organique. En théorie, la smectite semblait être un lien solide entre la tectonique et les périodes glaciaires.

Mais les argiles étaient-elles réellement présentes en quantité suffisante pour déclencher les quatre périodes glaciaires précédentes ? Idéalement, les chercheurs devraient le confirmer en trouvant de la smectite dans d’anciennes couches rocheuses remontant à chaque période de refroidissement global.

"Malheureusement, comme les argiles sont enfouies dans d'autres sédiments, elles cuisent un peu, nous ne pouvons donc pas les mesurer directement", explique Murray. "Mais nous pouvons rechercher leurs empreintes digitales."

L’équipe a estimé que, comme les smectites sont un produit des ophiolites, ces roches océaniques contiennent également des éléments caractéristiques tels que le nickel et le chrome, qui seraient préservés dans les sédiments anciens. Si les smectites étaient présentes dans le passé, le nickel et le chrome devraient l’être également.

Pour tester cette idée, l’équipe a consulté une base de données contenant des milliers de roches sédimentaires océaniques déposées au cours des 500 derniers millions d’années. Au cours de cette période, la Terre a connu quatre périodes glaciaires distinctes. En examinant les roches autour de chacune de ces périodes, les chercheurs ont observé de grandes pointes de nickel et de chrome et en ont déduit que de la smectite devait également être présente.

Selon leurs estimations, le minéral argileux aurait pu augmenter la préservation du carbone organique de moins d’un dixième de pour cent. Dans l’absolu, il s’agit d’un montant infime. Mais sur des millions d’années, ils ont calculé que le carbone accumulé et séquestré dans l’argile était suffisant pour déclencher chacune des quatre grandes périodes glaciaires.

"Nous avons constaté qu'il n'est pas vraiment nécessaire d'utiliser une grande quantité de ce matériau pour avoir un effet considérable sur le climat", explique Jagoutz.

"Ces argiles ont probablement également contribué au refroidissement de la Terre au cours des 3 à 5 derniers millions d'années, avant que les humains ne s'en mêlent", ajoute Murray. « En l’absence d’humains, ces argiles font probablement une différence sur le climat. C’est juste un processus tellement lent.

"Les travaux de Jagoutz et Murray sont une belle démonstration de l'importance de prendre en compte toutes les composantes biotiques et physiques du cycle mondial du carbone", déclare Lee Kump, professeur de géosciences à la Penn State University, qui n'a pas participé à l'étude. "Les rétroactions entre tous ces composants contrôlent les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre à toutes les échelles de temps, depuis l'augmentation et la baisse annuelles des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique jusqu'aux fluctuations de la glacière à l'effet de serre sur des millions d'années."

Les smectites pourraient-elles être exploitées intentionnellement pour réduire davantage les émissions mondiales de carbone ? Murray voit par exemple un certain potentiel pour renforcer les réservoirs de carbone tels que les régions de pergélisol. On prévoit que le réchauffement des températures fera fondre le pergélisol et exposera le carbone organique enfoui depuis longtemps. Si des smectites pouvaient être appliquées à ces régions, les argiles pourraient empêcher ce carbone exposé de s'échapper et de réchauffer davantage l'atmosphère.

"Si vous voulez comprendre le fonctionnement de la nature, vous devez le comprendre à l'échelle des minéraux et des grains", explique Jagoutz. « Et c’est aussi la voie à suivre pour trouver des solutions à cette catastrophe climatique. Si vous étudiez ces processus naturels, il y a de fortes chances que vous tombiez sur quelque chose qui vous sera réellement utile.