De nos jours, les formes assimilables de l'azote, indispensables au vivant, résultent essentiellement de la transformation du diazote N2 et du dioxygène O2 de l'atmosphère par des bactéries fixatrices d'azote. Sur la Terre primitive, l'azote a dû nécessairement être fixé par des processus abiotiques pour permettre le développement de la vie, mais comment ?
Une hypothèse avancée par les scientifiques est que les grandes éruptions explosives auraient pu produire de grandes quantités d'espèces azotées assimilables par le vivant. De même que dans un orage, les gouttes d'eau se frottent les unes aux autres et se chargent électriquement, les particules de cendre et de poussières éjectées à grande vitesse dans les panaches volcaniques peuvent produire des éclairs, lors d'éruptions explosives majeures, et apporter l'énergie nécessaire à la transformation chimique des molécules très stables de diazote N2, non assimilables par le vivant.
Des nitrates contemporains d'éruptions majeures
Une collaboration impliquant le LSCE a voulu tester cette hypothèse en étudiant des dépôts volcaniques de la fin de l'ère tertiaire, plus précisément du néogène (entre -23 et -2,58 millions d'années), au Pérou et en Turquie. Les éruptions explosives associées à ces dépôts étaient plus puissantes que celles observées au cours des derniers millénaires (Volcanic Explosivity Index > 7).
Dans ces dépôts, les chercheurs ont découvert des concentrations de nitrates (NO3-) importantes. La composition isotopique de l'oxygène et de l'azote de ces composés trahit leur origine atmosphérique : ils ont été formés à partir d'oxydes d'azote NOx (c'est-à-dire un mélange de NO et de NO2) qui ont réagi avec l'ozone O3 atmosphérique. Or l'émission directe de composés azotés par le volcanisme étant très limitée, seuls les éclairs liés à l'éruption peuvent rendre compte des quantités massives de NOx nécessaires à la formation de ces stocks de nitrates.
Éclairs volcaniques lors de l'éruption du volcan Calbuco au Chili en 2015. © Francisco Negroni
Pour la première fois, la formation d'espèces azotées assimilables par des êtres vivants a pu être estimée quantitativement de manière directe. Plusieurs millions de tonnes d'azote ont été déposées localement dans ces couches, ce qui a pu représenter une source majeure d'azote assimilable pour les êtres vivant à proximité.
Si on remonte plus loin dans le temps, dans une atmosphère dépourvue de dioxygène, les éclairs volcaniques ne pouvaient fournir que des formes plus réduites de l'azote comme l'ammoniac NH3, une molécule également assimilable par le vivant.