David Schwartzman est un géochimiste et biologiste au département de biologie à l’Université Howard, Washington DC. (Ph.D 1971 Brown University)

Ses recherches portent sur la biogéochimie, la géochimie (isotope, environnement), l’exobiologie, la philosophie des sciences, et les études environnementales. Ses recherches actuellent portent sur l’étude des lichens dans le weatherinf des roches, les lichens en tant que biomoniteurs, le cycle du carbone à long terme, et la vie, la biogénèse et l’évolution de la biosphère, l’usage bon ou mauvais de la thermodynamique dans les sciences environnementales et le “matériel” prérequis pour une monde durable et juste.

Publications

When soil cooled the world: Soil and vegetation shape our climate today, absorbing carbon dioxide from the atmosphere, but the first life on land may have been even more significant, cooling the inhospitable Earth

de Schwartzman et Tyler Volk

13 July 1991, from New Scientist Print Edition.

La question est de savoir quel a été l’impact des premières formes de vie sur le climat, par le biais du cycle du carbone, sachant que le weathering (nous garderons le terme anglais) a un effet la Terre.

Les premières bactéries devaient être thermophiles, mais il fait aujourd’hui beaucoup trop froid pour elles. Cependant, sans le changement qu’elles ont apparamment apporté au climat, la planète ne serait jamais devenue assez froide pour permettre de développement de formes de vie supérieures. La démonstration que vont faire les auteurs s’inscrit dans le mode de pensée développée par l’hypothèse Gaia de Lovelock et Margulis, dans sa forme forte; c’est-à-dire que la vie régule le climat de la Terre, plutôt qu’une simple adaptation à ces changements.

Le weathering est un puit de carbone: “Chemical weathering of calcium and magnesium silicates in rocks is a much bigger carbon sink.”

Le processus est le suivant: Carbonic acid is the main reagent acting on these silicates. The calcium and bicarbonate ions are carried away in ground water or runoff at the surface, and most end up in the sea. Some forms of plankton and clams and corals, capture the ions to build their calcium carbonate shells. When they die, their remains settle to the sea floor to form most of the world’s limestone.

Il y a donc un impact sur le climat, à travers le cycle du carbone. Plus la Terre est chaude, plus le processus de weathering est rapide, et plus du CO2 est pris à l’atmosphère.

Ce n’est pas une découverte nouvelle : les terres considérés comme stériles, étaient colonisées par des formes de vie primitives (lichen…) qui amplifiaient jusqu’à 100 fois le weathering ; la présence de végétation amplifiait de 3 à 5 fois de dernier.

Les sols promeuvent le weathering de trois manières:

- la respiration des organismes dans le sol augmente la proportion de CO2 dans la vapeur (pas de photosynthèse dans le sol car pas de soleil); est acceléré pour l’eau contenant de l’acide carbonique, ainsi que d’autres éléments qui accélèrent la décomposition des silicates.

- les sols agissent comme des éponges, prolongeant la période où la surface d’une roche reste humide après la pluie, donc le weathering peut durer plus longtemps.

- les fragments de roches qui se sont brisés restent la où ils sont, avec leur surface exposé au weathering.

“Plants help both form and retain soil.”

=> Les auteurs pensent que la stabilisation du sol par les plantes et les microbes augmente le weathering. Ils ont donc construit des modèles pour le vérifer.

Ils estiment que les sols tropicaux ont un weathering chimique au moins 100 fois plus rapide que de la roche nue. Il y a cependant des incertitudes.

Néanmoins, si l’on se fonde la dessus, les formes de vie primitives ont du provoqué un grand changement dans le climat quand elles se sont développées. On a peu de preuvres directes, mais il y a des preuves indirectes (fossiles contenant du carbone réduit originaire des organismes; la persistence et la composition des sols très anciens: ceux-ci n’auraient probablement pas pu se former dans un paysage stérile). Sans l’effet stabilisant de la vie, les sols se seraient “défait”.

Les sols actuels cryptogamiques sont stabilisés par une croûte de lichen et de cyanobactéries, qui pourraient ressembler aux sols du Précambrien.

Les auteurs ont aussi trouvé des preuves que la vie a commencé par un climat chaud. L’existence des thermophiles, vivant à des hautes températures et étant probablement des premiers organismes vivants en est une.

Les modèles climatiques récents de notre histoire propose une atmosphère dense et des pressions fortes, peu d’oxygène et du CO2, équivalent à 10 à 20 fois la pression actuelle. Or aujourd’hui, on a l’équivalent de 60 bars de pression de CO2 dans le limon. Les chiffres se recouperaient.

Kasting et Ackerman on calculé la température de la surface il y a 4000 millions d’année: proche de 100°C.

Le développement de la vie sur terre a dons permis un refroidissement de 30 à 45°C de la température. La Terre aurait été beaucoup plus chaude aujourd’hui sans cela. Les formes vivantes font donc du weathering à un niveau qui fait la différence. Les modèles ont aussi pris en compte les rétroactions.

=> Les organismes vivants augmentent de beaucoup le weathering en même temps qu’ils stabilisent le sol à la surface. Ceci soutient les travaux de
Margulis, et confirme ceux de Vernadsky notamment.

Sans ces formes primites, les formes complexes de vie seraient elles nées? Apparamment pas. De plus l’adaptation à un monde plus chaud aurait été moins probable selon les modèles.

“The difference such primitive life could make to the chemistry of weathering is enormous; it was probably the first big step in the evolution of the Earth to a planet fit for our sort of life”

Les humains peuvent se réjouir que la vie n’ait pas fait que s’adapter à son environnement mais y influe aussi.