Les chercheurs ont utilisé des données thermochronométriques provenant de quatre sites d’Amérique du Nord pour déterminer la cause de la “grande discordance” – une perte massive de roche il y a environ 700 millions d’années. Crédit : Figure de Kalin McDannell
L’action de la glace semble responsable de l’érosion ancienne des roches sur la planète.
Une nouvelle recherche apporte des preuves supplémentaires que des roches représentant jusqu’à un milliard d’années de temps géologique ont été sculptées par d’anciens glaciers pendant la période de la “Terre boule de neige” de la planète, selon une étude publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences.
La recherche présente les dernières découvertes dans un débat sur la cause de la “grande discordance” de la Terre – un vide temporel dans le dossier géologique associé à l’érosion de la roche jusqu’à 3 miles d’épaisseur dans des zones à travers le globe.
“Le fait que les roches sédimentaires de cette période manquent en de si nombreux endroits est l’une des caractéristiques les plus déroutantes des archives rocheuses”, a déclaré C. Brenhin Keller, professeur adjoint de sciences de la terre et chercheur principal de l’étude. “Avec ces résultats, le modèle commence à avoir beaucoup plus de sens”.
La quantité massive de roche manquante, connue sous le nom de Grande discordance, a été nommée pour la première fois dans le Grand Canyon à la fin des années 1800. Cette caractéristique géologique remarquable est visible lorsque des couches rocheuses de périodes éloignées sont prises en sandwich, et elle est souvent identifiée lorsque des roches contenant des fossiles se trouvent directement au-dessus de celles qui n’en contiennent pas.
Dans le Ladder Canyon du Colorado, des roches dont l’âge diffère d’environ un milliard d’années se côtoient à travers la grande discordance. Crédit : C. Brenhin Keller
“C’était une période fascinante de l’histoire de la Terre”, a déclaré Kalin McDannell, chercheur postdoctoral à Dartmouth et auteur principal de l’article. “La grande discordance prépare le terrain pour l’explosion cambrienne de la vie, qui a toujours été déroutante car elle est si abrupte dans les archives fossiles – les processus géologiques et évolutifs sont généralement graduels.”
Depuis plus d’un siècle, les chercheurs ont cherché à expliquer la cause du temps géologique manquant.
Au cours des cinq dernières années, deux théories opposées ont été mises en évidence : L’une explique que la roche a été sculptée par d’anciens glaciers pendant la période de la Terre Boule de neige, il y a environ 700 à 635 millions d’années. L’autre met l’accent sur une série d’événements de tectonique des plaques sur une période beaucoup plus longue au cours de l’assemblage et de la dislocation du supercontinent Rodinia, il y a environ 1 milliard à 550 millions d’années.
Les recherches menées par Keller en 2019 ont d’abord proposé que l’érosion généralisée par les nappes glaciaires continentales pendant l’intervalle glaciaire cryogénien ait causé la perte de roche. Cela était basé sur des proxies géochimiques qui suggéraient que de grandes quantités d’érosion de masse correspondaient à la période de la Terre boule de neige.
“La nouvelle recherche vérifie et fait progresser les résultats de l’étude précédente”, a déclaré Keller. “Ici, nous fournissons des preuves indépendantes du refroidissement des roches et des kilomètres d’exhumation au cours de la période cryogénienne sur une grande partie de l’Amérique du Nord.”
L’étude s’appuie sur une interprétation détaillée de la thermochronologie pour faire cette évaluation.
C. Brenhin Keller, professeur adjoint de sciences de la terre, à gauche, et Kalin McDannell, chercheur postdoctoral en sciences de la terre. Crédit : Eli Burakian/Dartmouth College
La thermochronologie permet aux chercheurs d’estimer la température que subissent les cristaux minéraux au fil du temps ainsi que leur position dans la croûte continentale compte tenu d’une structure thermique particulière. Ces historiques peuvent fournir des preuves du moment où les roches manquantes ont été enlevées et où les roches actuellement exposées à la surface ont pu être exhumées.
Les chercheurs ont utilisé de multiples mesures provenant de données thermochronométriques précédemment publiées, prises sur quatre sites d’Amérique du Nord. Ces zones, appelées cratons, sont des parties du continent chimiquement et physiquement stables, où l’activité tectonique des plaques n’aurait pas été courante à cette époque.
En effectuant des simulations qui ont cherché le chemin temps-température que les roches ont connu, la recherche a enregistré un signal répandu de refroidissement rapide et de grande magnitude qui est cohérent avec environ 2-3 miles d’érosion pendant les glaciations Snowball Earth à l’intérieur de l’Amérique du Nord.
“Alors que d’autres études ont utilisé la thermochronologie pour remettre en question l’origine glaciaire, un phénomène global comme la Grande Discordance nécessite une évaluation globale”, a déclaré le Dr.McDannell. “La glaciation est l’explication la plus simple de l’érosion sur une vaste zone au cours de la période de la Terre Boule de neige, car on pense que les nappes glaciaires couvraient la majeure partie de l’Amérique du Nord à cette époque et peuvent être des excavateurs efficaces de roches.”
Selon l’équipe de recherche, la théorie concurrente selon laquelle l’activité tectonique a sculpté la roche manquante a été avancée en 2020 lorsqu’un groupe de recherche distinct s’est demandé si les anciens glaciers étaient suffisamment érosifs pour causer la perte massive de roche. Bien que cette recherche ait également utilisé la thermochronologie, elle a appliqué une autre technique à un seul site tectonique actif et a suggéré que l’érosion s’est produite avant la Terre de Boule de neige.
“Le concept sous-jacent est assez simple : Quelque chose a enlevé une grande quantité de roche, ce qui a entraîné une grande perte de temps”, a déclaré Keller. “Nos recherches démontrent que seule l’érosion glaciaire pourrait être responsable à cette échelle”.
Selon les chercheurs, ces nouvelles découvertes permettent également d’expliquer les liens entre l’érosion des roches et l’émergence d’organismes complexes il y a environ 530 millions d’années, lors de l’explosion cambrienne. On pense que l’érosion au cours de la période de la Terre Boule de neige a déposé dans l’océan des sédiments riches en nutriments qui auraient pu constituer un environnement fertile pour les éléments constitutifs de la vie complexe.
L’étude note que les deux hypothèses sur la façon dont la roche s’est érodée ne s’excluent pas mutuellement – il est possible que la tectonique et la glaciation aient contribué à la perturbation du système terrestre global pendant la formation de la Grande discordance. Il semble toutefois que seule la glaciation puisse expliquer l’érosion au centre du continent, loin des marges tectoniques.
“En fin de compte, en ce qui concerne la Grande discordance, il se peut que la ou les reconstructions généralement acceptées d’un tassement équatorial plus concentré des continents rodiniens, ainsi que les conditions environnementales uniques du Néoprotérozoïque, se soient avérées être une période de sérendipité géologique comme il n’y en a jamais eu dans l’histoire de la Terre”, indique l’article de recherche.
Selon l’équipe, il s’agit de la première recherche qui utilise son approche de modélisation de la thermochronologie pour étudier une période qui s’étend bien au-delà d’un milliard d’années. À l’avenir, l’équipe répétera son travail sur d’autres continents, où elle espère tester davantage ces hypothèses sur la façon dont la grande discordance a été créée et préservée.
Selon l’équipe, la résolution des différences dans la recherche est essentielle pour comprendre l’histoire de la Terre primitive et l’interconnexion des processus climatiques, tectoniques et biogéochimiques.
“Le fait qu’il ait pu y avoir une érosion tectonique le long des marges du craton n’exclut pas la glaciation”, a déclaré McDannell. “Les discordances sont des caractéristiques composites, et nos travaux suggèrent que l’érosion cryogénique a été un facteur clé, mais il est possible qu’une érosion antérieure et postérieure ait été impliquée dans la formation de la surface de discordance à différents endroits. Un examen global nous en dira plus.”
Référence : ” Contraintes thermochronologiques sur l’origine de la grande discordance ” 25 janvier 2022, Actes de l’Académie Nationale des Sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2118682119
William Guenthner, de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ; Peter Zeitler, de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Université de Lehigh; et David Shuster de l’Université de Université de Californie, Berkeley et du Berkeley Geochronology Center ont été les co-auteurs de l’article.
