De violents éclairs volcaniques ont créé le nitrate essentiel à la chimie qui a conduit à la vie

La première preuve directe de la fixation de l’azote par la foudre volcanique a été découverte par une équipe de chercheurs français et étrangers. Ce travail, qui renforce les études de laboratoire et les modèles théoriques antérieurs, soutient les modèles de chimie prébiotique dans lesquels la foudre volcanique joue un rôle crucial dans la synthèse de l’azote pour les réactions prébiotiques essentielles.

La triple liaison diazote est l’une des plus stables en chimie. Bien que l’atmosphère contienne environ 78 % d’azote, seules quelques enzymes bactériennes fixatrices d’azote peuvent le briser et le transformer en une forme biodisponible. D’autres organismes obtiennent leur azote grâce au travail de ces bactéries. Les engrais azotés – principalement dérivés de l’ammoniac – sont également ajoutés artificiellement par l’homme. Cependant, pour que la vie émerge, l’azote biodisponible doit avoir émergé sans vie, et l’un des principaux suspects a longtemps été la foudre.

Les éruptions explosives provoquent des éclairs spectaculaires en raison de la séparation des charges dans l’atmosphère par le mouvement des particules de roche, de cendre et de glace. L’éruption sous-marine du Hunga Tonga en 2022, près de l’Indonésie, a provoqué environ 400 000 éclairs en six heures. L’énergie intense contenue dans la décharge d’arc peut rompre les liaisons chimiques, mais les mécanismes exacts par lesquels l’azote atmosphérique pourrait être fixé par une éruption restent flous. « Lorsque les volcans dégazent, ils ne libèrent pas beaucoup d’azote », explique Erwan Martin de la Sorbonne Université à Paris. « Parfois, ils ont N₂ mais c’est en très petites quantités.

Les volcans rejettent cependant d’énormes quantités de soufre et d’halogènes. Martin et ses collègues ont donc étudié des dépôts volcaniques identifiables provenant d’éruptions géologiques récentes, lorsque la Terre avait une atmosphère oxydante. Ils ont découvert que les échantillons étaient étonnamment riches en nitrate. La concentration était bien corrélée aux concentrations d’ions sulfate et chlorure, ce qui suggère qu’ils avaient une origine commune. De plus, la quantité de nitrate était tout aussi élevée dans la roche non poreuse produite par la coulée pyroclastique solidifiée que dans la pierre ponce issue des retombées. Les chercheurs ont donc conclu que le nitrate n’avait pas été introduit par des processus atmosphériques au fil du temps, mais qu’il était présent lors de la formation de la roche.

Cela n’explique cependant pas comment le nitrate était produit. Les chercheurs pensent que le mécanisme exact peut varier, mais que les mécanismes généraux impliquent tous la rupture de la liaison diazote dans l’atmosphère pour créer des oxydes d’azote, qui sont ensuite oxydés en nitrate et tombent sur Terre. Dans l’atmosphère plus réductrice précédant le grand événement d’oxydation après l’émergence des plantes photosynthétiques, cela ne se serait pas produit. « Le processus principal consiste à décomposer le N₂ double liaison», explique Martin. « Ensuite, vous pouvez y ajouter de l’oxygène, vous pouvez y ajouter de l’hydrogène… L’essentiel est que cette molécule puisse être assimilée par la vie. »

Le cosmogéochimiste Jeffrey Bada de l’Université de Californie à San Diego, qui a déjà soutenu que la foudre volcanique sur la Terre primitive aurait pu s’avérer cruciale pour la synthèse des précurseurs d’acides aminés, déclare : « Je pense que l’idée selon laquelle la foudre volcanique est un processus par lequel vous pouvez convertir N₂ dans des composés utilisables pour la biologie est une question importante et avec leur nouvelle étude, ils l’ont en quelque sorte confirmé de manière plus rigoureuse. Il ajoute cependant que « je pense que s’ils avaient voulu faire un plus grand bruit, ils auraient essayé de convertir cela en ce qu’était la Terre primitive – cette idée selon laquelle cela s’est produit au début de la Terre est en quelque sorte citée dans qui passe à la fin du journal.