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De nouvelles opportunités d’études de la Terre et du Soleil grâce au carbone-14

Le vent stellaire du soleil se heurte au champ magnétique de la Terre. Crédits : NASA

Les récents progrès accomplis en spectroscopie ont permis de définir avec une précision sans précédent les concentrations en carbone-14 dans l’atmosphère et l’océan de surface au cours des 55 000 dernières années. Ces avancées et leurs implications pour la recherche sont discutées dans une étude publiée le 5 novembre dans la revue Science.

Le carbone-14 est un isotope radioactif du carbone comprenant six protons et huit neutrons. Produit dans l’atmosphère par des réactions nucléaires entre le rayonnement cosmique et le diazote, les scientifiques l’utilisent habituellement pour calculer l’âge des matériaux qui contiennent des éléments carbonés (par exemple, pour la datation d’un morceau de bois).

Le carbone-14, une horloge nucléaire et un traceur passif

La proportion de carbone-14 est directement liée au temps écoulé depuis la formation de l’échantillon en question. Toutefois, en raison d’une demi-vie de 5730 ans, la méthode ne fonctionne que pour des horizons temporels inférieurs à 55 000 ans. Au-delà, le contenu en carbone-14 tend vers zéro et d’autres méthodes moins précises doivent prendre le relais comme la datation à l’uranium-234 ou au potassium-40.

Cependant, cet isotope ne sert pas qu’à la datation. Il permet également de retracer l’activité solaire des derniers siècles et millénaires puisque celle-ci module la quantité de rayons cosmiques arrivant au sommet de l’atmosphère et donc la production de carbone-14. En outre, il permet aussi d’identifier les variations du champ magnétique terrestre et les fluctuations du cycle du carbone lors des changements climatiques du passé récent.

carbone-14
Variations du contenu atmosphérique en carbone-14 depuis 55 000 ans (courbe rouge) retranscrites par le groupe de travail IntCal20. Crédits : Paula J Reimer & coll. 2020.

Une reconstruction sans précédent

Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont fait un point sur les avancées récentes concernant les données disponibles et les implications pour la recherche future. Grâce à l’essor de la spectrométrie de masse par accélérateur et à l’acquisition de nouveaux fossiles, la reconstruction du taux de carbone-14 dans les hémisphères nord et sud ainsi qu’à la surface de l’océan a connu une révolution.

Aussi, dans le cadre du groupe de travail IntCal, les concentrations de carbone-14 ont pu être déterminées avec une précision sans précédent sur les 55 000 dernières années, autrement dit, jusqu’à la limite de visibilité permise par la technique. Elle résulte d’une analyse scrupuleuse d’environ 15 000 échantillons carbonés remontant jusqu’à près de 60 000 ans.

Cette révision des courbes de calibration internationales, la première depuis sept ans, permettra aux chercheurs en sciences environnementales de préciser et prolonger notre compréhension du système Terre et de l’astre qui l’anime. Voilà de quoi nourrir un large spectre d’études pour les prochaines années avec, pourquoi pas, quelques avancées majeures à la clé.