La dégradations des conditions climatiques

Retournons maintenant sur Mars pour évoquer les différentes mutations qu’a pu subir son atmosphère au fil des années, rendant toute vie impossible à la surface de la planète.
Comme nous l’avons vu au début de notre TPE, Mars a très certainement possédé dans sa jeunesse une atmosphère et des conditions climatiques proches de celles qui ont permis l’apparition de la vie sur la Terre. A cette époque, l’atmosphère martienne était beaucoup plus dense et chaude ce qui a permis à l’eau liquide de couler à la surface de la planète rouge. Pourtant aujourd’hui, les conditions climatiques de Mars en font un véritable enfer glacé et son atmosphère est irrespirable.

Actuellement, l’air martien est constitué essentiellement de dioxyde de carbone (95,3%). Pour le reste, on trouve 2,7% d’azote et 1,6% d’argon. Mars dispose d’une quantité insignifiante de dioxygène (0.13%). Cette atmosphère n’est en aucun cas idéale pour la vie : elle ne contient pas (ou presque pas) d’ozone, qui est le gaz permettant de filtrer les rayons ultraviolets du Soleil, nocifs pour la vie. De plus, la pression sur la planète est extrêmement faible puisqu’elle n’équivaut qu’à 1/160e de la pression sur Terre. A ce niveau, l’eau liquide ne peut pas exister. Effectivement, l’eau liquide « c’est la vie » et pour qu’elle puisse être, il faut une pression supérieure à 6,1 mbars. Par ailleurs, l’eau ne devient liquide qu’à partir de 0°C, or la température de Mars est beaucoup plus faible.
Mais nous sommes quasiment certains que l’eau liquide a déjà coulée à la surface de la planète. Alors, qu’est-il arrivé à l’atmosphère de Mars ?

Les scientifiques estiment qu’il y a très longtemps, l’atmosphère martienne contenait au moins 2 bars de gaz carbonique et 0,1 bar d’azote. Le dioxyde de carbone est bien évidemment connu pour engendrer un effet de serre.
L’effet de serre est un procédé par lequel un gaz « à effet de serre » piège la chaleur. L’énergie envoyée par le Soleil est en grande partie redirigée vers l’espace sous forme de rayons infrarouges par le sol de la planète. Mais ces rayonnements de chaleurs peuvent être retenus par des gaz qui maintiennent ainsi la chaleur à la surface de la planète.

C’est ce qui s’est produit pour Mars.
Les experts en planétologie savent que sur une planète possédant à la fois du gaz carbonique en bonne quantité, un volume important d’eau liquide ainsi qu’une structure rocheuse dense, un phénomène particulier se produit. Le dioxyde de carbone, suite à des fortes pluies, peut être piégé sous forme de calcaire (ou carbonate de calcium CaCO3). En effet, la pluie créé des ions carbonates (CO2-) à partir du CO2. Ces ions sont embarqués dans le ruissellement de l’eau sur les continents qui quant à lui entraîne l’érosion des roches silicatées. Ces roches libèrent donc des ions calcium (Ca2+). Alors les deux ions se lient pour former du calcaire, qui est insoluble dans l’eau. Ensuite, il précipite et s’accumule au fond des océans. On en conclue que la quantité de CO2 peu fortement diminuer, de même que la pression atmosphérique et la chaleur causée par l’effet de serre. Les conditions idéales se dégradent donc.

Si on veut aller plus loin, nous pouvons nous pencher sur l’hypothèse qui suit. On pense que cette réaction de précipitation peut être rendue très rapide grâce des algues microscopiques. Celle-ci, si elles ont existé, auraient pu combiner plus vite des molécules de calcaire pour en faire une coquille de protection. Ainsi, lorsqu’elle meurt la cellule s’enfonce vers les profondeurs de l’océan pour se fixer aux autres particules de calcaire, formant une couche de plus en plus épaisse et dense au cours du temps. Cette hypothèse semble très plausible aux yeux des scientifiques et elle met en jeu une forme de vie ! !

Pour faire une référence à la Terre, on peut évoquer le fait qu’elle a également dû connaître un taux important de CO2 dans son atmosphère il y a tout aussi longtemps. Les chercheurs estiment que 60 bars de CO2 ont été piégés au fond des océans sous forme de calcaire. Seulement à la différence de Mars, la tectonique des plaques ont permis à la Terre de limiter ce stockage de CO2 ; au niveau des zones de subduction, les roches subissent de fortes températures dues à la pression et aux frottements. Le calcaire fond et libère le CO2.

De plus, ce phénomène de capture expliquerait le fait que Vénus dispose d’une atmosphère contenant des quantités monstrueuses de gaz carbonique : l’absence d’eau liquide sur celle-ci n’a pas permis la réaction.

Logiquement, pour savoir si ce procédé a opéré sur la planète rouge il y a des millions d’années (et donc si l’atmosphère était propice à l’évolution d’une forme de vie), il faut rechercher les traces éventuelles de carbonate de calcium à sa surface qui seraient la preuve irréfutable que Mars a possédé une atmosphère digne de ce nom. Or, aucune sonde n’a jamais enregistré la moindre trace de carbonate de calcium sur Mars… Cependant, on y trouve une grande quantité de sulfates…

Sachant cela, plusieurs hypothèses s’ouvrent aux chercheurs. La première consiste à dire que l’abondance en sulfates provient d’une activité ancienne des volcans de Mars qui auraient rejeté dans son atmosphère du dioxyde de soufre (SO2), et en réagissant avec l’eau ces derniers ont donné naissance à de l’acide sulfurique. L’acide sulfurique auraient ainsi désintégré le calcaire en tombant sous forme de pluie acide. Seulement, beaucoup de d’experts rejettent cette hypothèse, car l’arrêt précoce de l’activité volcanique sur la planète rouge (lié au refroidissement général) aurait immédiatement permis aux carbonates de précipiter au fond des étendues d’eau, en supposant que celles-ci soient restées liquides avec la baisse des températures.

Mais on peut aussi supposer qu’il existe tout simplement une autre forme de stockage du dioxyde de carbone. Nous savons que les calottes polaires Nord et Sud (voir photo) sont deux étendues d’eau gelées recouvertes d’une fine couche de carbone glacé. C’est dans cette couche que le dioxyde de carbone a pu également être stocké. Une dernière supposition accuse le sol martien composé de régolites* (très poreux) d’avoir absorbé par interaction le CO2. Néanmoins, ces dernières théories ne sont pas suffisante pour expliquer où est passé le gaz carbonique car les calculs révèlent que ces deux réserves à carbonates (calottes et régolite) n’ont pas pu accueillir tout le CO2.

Régolite : couche de débris provenant de l’altération des roches sous-jacentes.

Inexorablement, ces raisonnements nous obligent à nous orienter vers une explication beaucoup plus tangible. L’atmosphère de cette petite planète s’est dispersée dans le vide spatiale. Plusieurs mécanismes peuvent faire qu’une planète perde son atmosphère.

Premièrement, sa petite taille ne permet pas à Mars de bénéficier d’une gravité importante. De ce fait, les gaz légers peuvent s’échapper facilement dans l’espace par échappement thermique. Ce mécanisme réside dans le fait que l’hydrogène par exemple, est accéléré par la chaleur du soleil jusqu’à atteindre sa vitesse de libération, arrachée à la force gravitationnelle.

Puis, dans la couche la plus haute de l’atmosphère (exosphère), il existe aussi l’échappement non-thermique intervenant sur les atomes plus lourds (oxygène, carbone…). Ce type d’échappement peut être de deux natures différentes. D’abord, il y a l’échappement par photodissociation : le rayonnement ultra violet du Soleil est dans l’exosphère martienne capable de disloquer des molécules. Par exemple, une molécule d’eau est dissociée pour former un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène. Ces derniers, grâce au premier procédé sont libérés dans l’espace. Ensuite, nous avons le phénomène de criblage (plus important dans l’échappement non-thermique) : ici le vent solaire entre en jeu. Ce qui est appelé « vent solaire » sont des nuages de particules chargées d’énergies provenant des projections solaires. Ces nuages disposent également d’un champs magnétique, qui excite et accélère des ions situés dans les hauteurs de l’atmosphère martienne. Les ions sont propulsés à travers l’atmosphère à des vitesses folles (jusqu’à 400 km/s). A cette allure une collision avec un atome ou une molécule pourrait l’envoyer à jamais dans l’espace du fait de la violence du choc.

Enfin, entre –4,5 milliards et –3,8 milliards d’années, les planètes de notre système solaire furent fréquemment bombardées par des astéroïdes. Les plus grosses d’entre elles, étaient capables d’expulser une partie de l’atmosphère lors de la collision entre les deux astres. Dans ce mécanisme, les particules lourdes de la couche atmosphérique disparaissent plus facilement que les légères (contrairement au mécanisme précédant). On pense que 99% de l’atmosphère martienne d’origine a été soufflée par ce mécanisme, mais l’abrasion du vent solaire semble avoir joué un rôle important dans la perte du dioxyde de carbone.

Finalement, il est clair que les conditions climatiques et atmosphériques actuelles ne peuvent offrir à la planète rouge la chance d’accueillir la vie à sa surface. De plus, il est probable que l’atmosphère plaisante qu’elle possédait se soit volatilisée dans le vide sidéral pour toujours. Mais il y a très longtemps la vie a très certainement pu s’établir sur Mars, si on ne s’en tient qu’à l’atmosphère de jadis. (chaleur suffisante grâce à l’effet de serre, pression bonne, donc eau liquide et Vie).
_________________
Jonathan SCHUITE et Florent MATHON
1S3
Lycée Gérard de Nerval, Soissons