L’accumulation d’atomes rares pourrait améliorer les méthodes de rencontres géologiques

Le Beryllium-10, un isotope radioactif rare produit par les rayons cosmiques dans l’atmosphère, fournit des informations précieuses sur l’histoire géologique de la Terre. Une équipe de recherche du Helmholtz-Zentrum Dresde-Rossendorf (HZDR), en collaboration avec l’Université de technologie de Tud Dresde et l’Université nationale australienne (ANU), a découvert une accumulation inattendue de cet isotope dans les échantillons prélevés sur le Deed de Seafed du Pacifique.

Une telle anomalie peut être attribuée à des changements dans les courants océaniques ou les événements astrophysiques qui se sont produits il y a environ 10 millions d’années. Les résultats ont le potentiel de servir de marqueur temporel mondial, représentant une progression prometteuse dans la datation des archives géologiques couvrant des millions d’années.

L’équipe présente ses résultats dans le journal Communications de la nature.

Les radionucléides sont des types de noyaux atomiques (isotopes) qui se décomposent dans d’autres éléments au fil du temps. Ils sont utilisés pour sortir avec des échantillons archéologiques et géologiques, la datation au radiocarbone étant l’une des méthodes les plus connues. En principe, la datation au radiocarbone est basée sur le fait que les organismes vivants absorbent continuellement l’isotope radioactif carbone-14 (14c) au cours de leur vie.

Une fois qu’un organisme meurt, l’absorption cesse et la teneur en 14C commence à diminuer à travers la désintégration radioactive avec une demi-vie d’environ 5 700 ans. En comparant le rapport du 14C instable au carbone-12 stable (12C), les chercheurs peuvent déterminer la date du décès de l’organisme.

Les découvertes archéologiques, telles que les os ou les restes de bois, peuvent être datées de cette manière de cette manière. « Cependant, la méthode du radiocarbone est limitée aux échantillons de datation de moins de 50 000 ans », explique le physicien HZDR, le Dr Dominik Koll.

« À ce jour, des échantillons plus anciens, nous devons utiliser d’autres isotopes, tels que le béryllium-10 cosmogène (10BE). » Cet isotope est créé lorsque les rayons cosmiques interagissent avec l’oxygène et l’azote dans la haute atmosphère. Il atteint la terre par les précipitations et peut s’accumuler sur le fond marin. Avec une demi-vie de 1,4 million d’années, 10BE se désintègre dans le bore, permettant des rencontres géologiques qui peuvent s’étendre sur plus de 10 millions d’années.

Accumulation bien visible de béryllium

Il y a quelque temps, le groupe de recherche de Koll a examiné des échantillons géologiques uniques récupérés de l’océan Pacifique à une profondeur de plusieurs kilomètres. Les échantillons étaient composés de croûtes ferromanganaises, principalement composées de fer et de manganèse, qui s’étaient formées lentement mais régulièrement sur des millions d’années.

À ce jour, les échantillons, l’équipe a analysé le contenu 10BE en utilisant une méthode très sensible: la spectrométrie de masse de l’accélérateur (AMS) à HZDR. Dans ce processus, l’échantillon est chimiquement purifié avant de subir une analyse pour les isotopes de trace. Les atomes individuels de l’échantillon sont accélérés par haute tension, déviés par des aimants, puis enregistrés par des détecteurs spécialisés.

Cette méthode permet l’identification précise de 10BE, la distinguant des autres isotopes de béryllium ainsi que des molécules et des isotopes avec la même masse, comme le boron-10.

Lorsque le groupe de recherche a évalué les données collectées, ils ont été surprise. « À environ 10 millions d’années, nous avons trouvé presque deux fois plus de 10Be que nous l’avions prévu », rapporte Koll.

« Nous sommes tombés sur une anomalie auparavant inconnu. » Pour éliminer toute possibilité de contamination, les experts ont analysé des échantillons supplémentaires du Pacifique, qui présentaient également la même anomalie. Cette cohérence permet à l’équipe de conclure qu’il s’agit en effet d’un phénomène réel.

Courants océaniques, explosion stellaire ou collision interstellaire?

Mais comment une telle augmentation de la concentration a-t-elle atteint il y a environ 10 millions d’années? Koll, qui a terminé son doctorat au Tu Dresde et à l’ANU, propose deux explications possibles. L’un est lié à la circulation océanique près de l’Antarctique, qui aurait changé considérablement il y a 10 à 12 millions d’années.

« Cela aurait pu faire en sorte que 10Be soit réparti de manière inégale sur la terre pendant une période en raison des courants océaniques modifiés », explique le physicien. « En conséquence, 10BE aurait pu devenir particulièrement concentré dans l’océan Pacifique. »

La deuxième hypothèse est de nature astrophysique. Cela suggère que les séquelles d’une supernova presque terrestre auraient pu faire en sorte que les rayonnements cosmiques deviennent temporairement plus intenses il y a 10 millions d’années.

Alternativement, la Terre pourrait avoir temporairement perdu son bouclier solaire protecteur – l’héliosphère – à une collision avec un nuage interstellaire dense, le rendant plus vulnérable au rayonnement cosmique.

« Seules de nouvelles mesures peuvent indiquer si l’anomalie du béryllium a été causée par des changements dans les courants océaniques ou a des raisons astrophysiques », explique Koll.

« C’est pourquoi nous prévoyons d’analyser plus d’échantillons à l’avenir et espérons que d’autres groupes de recherche feront de même. » Si l’anomalie était trouvée partout dans le monde, l’hypothèse de l’astrophysique serait soutenue. D’un autre côté, s’il n’était détecté que dans des régions spécifiques, l’explication impliquant des courants océaniques modifiés serait considérée comme plus plausible.

L’anomalie pourrait être extrêmement utile pour la datation géologique au béryllium. Lorsque vous comparez différentes archives de rencontres, un problème fondamental se pose. Les marqueurs de temps courants doivent être identifiés dans tous les ensembles de données afin qu’ils puissent être correctement synchronisés entre eux.

Koll explique: « Pendant des périodes couvrant des millions d’années, ces marqueurs de temps cosmogéniques n’existent pas encore. Cependant, cette anomalie de béryllium a le potentiel de servir de marqueur. »