Indices cristallins : les premiers océans de magma de la Terre ont été détectés dans des roches du Groenland vieilles de 3,7 milliards d’années

Il y a 4 milliards d’années, la Terre était composée d’une série d’océans de magma à des centaines de kilomètres de profondeur.

La Terre n’a pas toujours été une oasis de vie bleue et verte dans un système solaire autrement inhospitalier. Au cours des 50 premiers millions d’années de notre planète, il y a environ 4,5 milliards d’années, sa surface était un paysage infernal d’océans magmatiques, bouillonnant et crachant de la chaleur de l’intérieur de la Terre.

Le refroidissement ultérieur de la planète à partir de cet état fondu, et la cristallisation de ces océans de magma en roche solide, a été une étape déterminante dans l’assemblage de la structure de notre planète, la chimie de sa surface et la formation de son atmosphère primitive.

Ces roches primitives, contenant des indices qui pourraient expliquer l’habitabilité de la Terre, auraient été perdues à cause des ravages de la tectonique des plaques. Mais maintenant, mon équipe a découvert les restes chimiques des océans magmatiques de la Terre dans des roches vieilles de 3,7 milliards d’années du sud du Groenland, révélant un instantané alléchant d’une époque où la Terre était presque entièrement en fusion.

Enfer sur Terre

La Terre est le produit d’un système solaire précoce chaotique, qui aurait présenté un certain nombre d’impacts catastrophiques entre la Terre et d’autres corps planétaires. La formation de la Terre a abouti à sa collision avec une planète impactante de la taille de Mars, qui a également entraîné la formation de la lune sur Terre il y a environ 4,5 milliards d’années.

On pense que ces affrontements cosmiques ont généré suffisamment d’énergie pour faire fondre la croûte terrestre et presque tout l’intérieur de notre planète (le manteau), créant des volumes de roche en fusion à l’échelle planétaire qui ont formé des « océans de magma » à des centaines de kilomètres de profondeur. Aujourd’hui, en revanche, la croûte terrestre est entièrement solide et le manteau est considéré comme un « solide plastique » : permettant un mouvement géologique lent et visqueux loin du magma liquide du manteau terrestre primitif.

Alors que la Terre se rétablissait et se refroidissait après ses collisions chaotiques, ses océans magmatiques profonds cristallisé et solidifié, commençant le voyage de la Terre vers la planète que nous connaissons aujourd’hui. Les gaz volcaniques qui ont jailli des océans de magma refroidissant de la Terre ont peut-être été décisifs dans la formation et la composition de l’atmosphère primitive de notre planète – qui finirait par soutenir la vie.

La Terre est maintenant composée du noyau interne, du noyau externe, du manteau inférieur, du manteau supérieur et de la croûte.

Recherche géologique

Trouver des preuves géologiques de l’ancien état fondu de la Terre est extrêmement difficile. En effet, les événements magmatiques océaniques ont probablement eu lieu il y a plus de 4 milliards d’années, et de nombreuses roches de cette période de l’histoire de la Terre ont depuis été recyclées par la tectonique des plaques.

Mais si les roches de cette période n’existent plus, leurs traces chimiques peuvent encore être stockées dans les profondeurs de la Terre. Les cristaux solidifiés de la période de refroidissement de la Terre auraient été si denses qu’ils auraient coulé à la base du manteau terrestre. Les scientifiques pensent même que ces résidus minéraux peuvent être stockés dans des zones isolées au plus profond de La limite manteau-noyau de la Terre.

S’ils existent, ces anciens cimetières de cristal nous sont inaccessibles – se cachant bien trop profondément pour que nous puissions prélever des échantillons directement. Et s’ils devaient jamais remonter à la surface de la Terre, les cristaux océaniques de magma subiraient naturellement un processus de fusion et de solidification, ne laissant que des traces de leurs origines dans les roches volcaniques qui se rendent jusqu’à la croûte terrestre.

Indices de cristal

Nous savions que le Groenland serait un bon endroit pour rechercher ces traces du passé en fusion de la Terre. Nos échantillons proviennent de la ceinture supracrustale d’Isua dans le sud-ouest du Groenland, qui est une région célèbre pour les géologues. À première vue, les roches d’Isua ressemblent à n’importe quel basalte moderne que vous pourriez trouver sur le fond marin. Mais ces roches sont parmi les plus anciennes au monde, dont on pense qu’elles ont entre 3,7 et 3,8 milliards d’années.

En analysant les roches d’Isua, nous avons découvert des signatures d’isotopes de fer uniques. Ces signatures montraient que la région du manteau à partir de laquelle les roches s’étaient formées avait été soumise à de très hautes pressions, à plus de 700 kilomètres sous la surface de la Terre. C’est exactement là que les minéraux formés lors de la cristallisation du magma océanique auraient été localisés.

Mais si ces roches portaient effectivement des traces de magma océanique cristallisé, comment ont-elles trouvé leur chemin jusqu’à la surface de la Terre ? La réponse réside dans la façon dont l’intérieur de la Terre fond, produisant des roches volcaniques à la surface de la planète.

Les roches échantillonnées dans notre étude ont été acquises dans la région d’Isua au Groenland. Crédit : Hanika Rizo

fonte des roches

Lorsque des régions du manteau semi-solide de la Terre se réchauffent et fondent, elles s’élèvent de manière flottante vers la croûte terrestre, produisant finalement des roches volcaniques lorsque le magma atteint la surface et se refroidit. En étudiant la chimie de ces roches en surface, nous pouvons sonder la composition de la matière qui a fondu pour les former.

La composition isotopique des roches d’Isua a révélé que leur voyage vers la surface de la Terre impliquait plusieurs étapes de cristallisation et de refusion à l’intérieur de la planète – une sorte de processus de distillation sur leur chemin vers la surface. Mais les roches qui ont émergé, situées dans le Groenland actuel, conservent toujours des signatures chimiques qui les relient au passé recouvert de magma de la Terre.

Les résultats de nos travaux fournissent certaines des premières preuves géologiques directes de la signature des cristaux océaniques de magma dans les roches volcaniques trouvées à la surface de la Terre. Maintenant, nous aimerions comprendre si d’autres roches volcaniques anciennes à travers le monde peuvent nous en dire plus sur les anciens océans magmatiques de la Terre, ou si nous sommes plutôt tombés sur une bizarrerie géologique : plutôt un indice ponctuel.

Si d’autres volcans ont pu cracher des artefacts géologiques similaires, nous pourrions également nous tourner vers les points chauds d’éruption modernes tels que Hawaï et l’Islande pour plus de détails. nouveautés isotopiques qui parlent de l’ancien passé de la Terre. Il est possible que d’autres roches primordiales soient trouvées dans le futur, ce qui pourrait nous aider à mieux comprendre le passé violent et couvert de magma de la Terre.

Écrit par Helen M. Williams, lectrice en géochimie, Université de Cambridge.

Cet article a été publié pour la première fois dans La conversation.

Pour en savoir plus sur cette étude, voir Traces of Earth’s Early Magma Ocean Identifiés dans les roches du Groenland.