Illustration d’artiste des conditions inhabitables durant l’Hadéen, une ère géologique précoce de l’histoire de la Terre. Crédit : Alec Brenner
Les zircons (et les secrets qu’ils renferment) sont éternels.
Les scientifiques savent depuis longtemps que la tectonique des plaques, c’est-à-dire le mouvement des plaques distinctes et rigides qui constituent la croûte terrestre, a formé les continents et les montagnes et a joué un rôle crucial dans l’évolution de la surface de la planète, qui est passée d’un environnement de lave et de roche en fusion à un environnement propice à la vie.
Ce qui est moins évident, c’est de savoir quand cela a commencé.
Une équipe de scientifiques dirigée par l’Université de Harvard a analysé des cristaux très rares, anciens et presque indestructibles, de la taille de petits grains de sable, appelés zircons, afin de trouver des indices chimiques sur le début de la tectonique des plaques. L’étude, publiée récemment dans la revue AGU Advancessuggère qu’il y a 3,8 milliards d’années, il y a eu une transition majeure dans la géochimie de ces zircons qui les fait ressembler beaucoup plus aux zircons qui sont formés aujourd’hui dans les environnements chauds où la tectonique des plaques se produit.
“Avant 3,8 milliards d’années, la planète ne semble pas être aussi dynamique”, a déclaré Nadja Drabon, professeur adjoint de sciences de la Terre et des planètes à Harvard et premier auteur de l’article. “Aujourd’hui, il y a beaucoup de croûte qui est constamment détruite dans ce qu’on appelle les zones de subduction, et une nouvelle croûte est créée. Beaucoup de [previous] zircons ont montré qu’à l’époque, une fois que la croûte primitive s’est formée, elle a vécu très longtemps – environ 600 millions d’années dans ce cas. Bien qu’il y ait eu quelques remaniements internes, on n’a jamais créé de nouvelle croûte granitique….. Puis, il y a 3,8 milliards d’années, tout change.”
Pensez aux zircons comme à de minuscules capsules temporelles qui conservent des indices chimiques des 500 premiers millions d’années de la Terre. Certains se sont formés dans le magma de la planète il y a plus de 4 milliards d’années, lorsque la Terre, géologiquement parlant, n’en était qu’à ses débuts. Cela fait d’eux les plus anciens matériaux connus sur Terre. Leurs secrets peuvent être compris en les zappant avec des lasers, ce que les chercheurs ont fait pour leur analyse.
Les scientifiques ont constaté qu’il y a 3,8 milliards d’années, alors que la planète se refroidissait, une grande quantité de nouvelle croûte s’est soudainement formée et que les signatures géochimiques des zircons ont commencé à ressembler à celles générées dans les zones de subduction, les endroits où deux plaques tectoniques qui se heurtent se rencontrent et où l’une glisse sous l’autre et dans le manteau où elle est recyclée (mot de code pour brûler à vif).
Les chercheurs disent qu’il n’est pas clair s’il y avait des zones de subduction il y a 3,8 milliards d’années, mais ce que l’on sait, c’est que la nouvelle croûte qui se formait était probablement le résultat d’un type de tectonique des plaques.
Cette étude vient s’ajouter aux recherches de plus en plus nombreuses indiquant que les mouvements tectoniques se sont produits relativement tôt au cours des 4,5 milliards d’années d’histoire de la Terre. Elle offre des indices sur la façon dont la planète est devenue habitable et sur les conditions dans lesquelles les premières formes de vie se sont développées.
Aujourd’hui, l’enveloppe externe de la Terre est constituée d’environ 15 blocs de croûte mobiles, qui contiennent les continents et les océans de la planète. Ce processus a été essentiel à l’évolution de la vie et au développement de la planète car il a exposé de nouvelles roches à l’atmosphère, ce qui a entraîné des réactions chimiques qui ont stabilisé la température de la surface de la Terre pendant des milliards d’années.
Il est difficile de trouver des preuves du début de ce changement, car elles sont très rares. Seuls 5 % de toutes les roches de la Terre ont plus de 2,5 milliards d’années, et aucune roche n’a plus de 4 milliards d’années.
C’est là que les zircons entrent en jeu.
L’équipe de scientifiques, qui comprenait des géologues de Stanford et de la Louisiana State University, a rassemblé 3 936 nouveaux zircons lors d’une expédition en 2017 en Afrique du Sud. Trente-trois d’entre eux avaient au moins 4 milliards d’années. C’était un sacré butin, car les zircons de cette période sont difficiles à trouver en raison de leur taille.
Les chercheurs doivent essentiellement avoir de la chance après avoir broyé les roches qu’ils ont collectées pour en faire du sable et avoir séparé les découvertes qui en résultent. Les zircons sud-africains étaient âgés de 4,1 à 3,3 milliards d’années. L’équipe a examiné trois caractéristiques géochimiques différentes des cristaux de zircon qu’elle a trouvés : l’isotope d’hafnium, l’isotope d’oxygène et les compositions en éléments traces. Chacune d’entre elles leur a fourni une pièce différente du puzzle.
Par exemple, l’isotope d’hafnium a donné des indices sur la formation et l’évolution de la croûte terrestre, les isotopes d’oxygène sur l’existence d’océans et les oligo-éléments sur la composition de la croûte. Les données suggèrent que le taux de formation de la croûte a commencé à augmenter de près de 4 %.milliards d’années.
Les chercheurs ont également examiné les données d’autres études sur des zircons anciens trouvés dans le monde entier pour voir s’ils trouvaient des preuves d’un changement similaire. C’est le cas pour les données sur les isotopes d’hafnium.
“Tous les zircons montrent ce changement entre 3,8 et 3,6 milliards d’années”, a déclaré Drabon.
Drabon dit qu’il n’y avait pas beaucoup de données sur les deux autres caractéristiques géochimiques et qu’il espère se concentrer sur celles-ci ensuite, y compris sur le moment où les océans ont commencé à se former.
“Je ne sais même pas par où commencer”, dit Drabon en riant. Il y a tellement de choses à faire, dit-elle.
Référence : “Destabilization of Long-Lived Hadean Protocrust and the Onset of Pervasive Hydrous Melting at 3.8 Ga” par Nadja Drabon, Benjamin L. Byerly, Gary R. Byerly, Joseph L. Wooden, Michael Wiedenbeck, John W. Valley, Kouki Kitajima, Ann M. Bauer et Donald R. Lowe, 21 avril 2022, Avancées de l’AGU.
DOI : 10.1029/2021AV000520
