Les scientifiques ont fait un voyage dans le temps pour percer les mystères de l’histoire des débuts de la Terre, en utilisant de minuscules cristaux minéraux appelés zircons pour étudier la tectonique des plaques il y a des milliards d’années. La recherche met en lumière les conditions qui existaient au début de la Terre, révélant une interaction complexe entre la croûte terrestre, le noyau et l’émergence de la vie.
La tectonique des plaques permet à la chaleur de l’intérieur de la Terre de s’échapper vers la surface, formant des continents et d’autres caractéristiques géologiques nécessaires à l’émergence de la vie. En conséquence, « il y a eu l’hypothèse que la tectonique des plaques est nécessaire à la vie », explique John Tarduno, qui enseigne au Département des sciences de la Terre et de l’environnement à l’Université de Rochester. Mais de nouvelles recherches mettent en doute cette hypothèse.
Tarduno, William R. Kenan, Jr. Professeur de géophysique, est l’auteur principal d’un article publié dans Nature examinant la tectonique des plaques d’il y a 3,9 milliards d’années, lorsque les scientifiques pensent que les premières traces de vie sont apparues sur Terre.
Les chercheurs ont découvert que la tectonique des plaques mobiles ne se produisait pas pendant cette période. Au lieu de cela, ils ont découvert que la Terre libérait de la chaleur à travers ce que l’on appelle un régime de couvercle stagnant. Les résultats indiquent que bien que la tectonique des plaques soit un facteur clé pour le maintien de la vie sur Terre, il n’est pas nécessaire que la vie naisse sur une planète de type terrestre.
« Nous avons découvert qu’il n’y avait pas de tectonique des plaques lorsque la vie est apparue pour la première fois, et qu’il n’y avait pas de tectonique des plaques pendant des centaines de millions d’années après », explique Tarduno. « Nos données suggèrent que lorsque nous recherchons des exoplanètes qui abritent la vie, les planètes n’ont pas nécessairement besoin d’avoir une tectonique des plaques. »
Un détour inattendu d’une étude sur les zircons
Les chercheurs n’avaient pas initialement prévu d’étudier la tectonique des plaques.
« Nous étudions la magnétisation des zircons parce que nous étudions le champ magnétique terrestre », explique Tarduno.
Les zircons sont de minuscules cristaux contenant des particules magnétiques qui peuvent verrouiller l’aimantation de la Terre au moment de la formation des zircons. En datant les zircons, les chercheurs peuvent construire une chronologie retraçant le développement du champ magnétique terrestre.
La force et la direction du champ magnétique terrestre changent en fonction de la latitude. Par exemple, le champ magnétique actuel est le plus fort aux pôles et le plus faible à l’équateur. Armés d’informations sur les propriétés magnétiques des zircons, les scientifiques peuvent déduire les latitudes relatives auxquelles les zircons se sont formés. Autrement dit, si l’efficacité de la géodynamo – le processus générant le champ magnétique – est constante et que l’intensité du champ change sur une période, la latitude à laquelle les zircons se sont formés doit également changer.
Mais Tarduno et son équipe ont découvert le contraire : les zircons qu’ils ont étudiés en Afrique du Sud ont indiqué qu’il y a environ 3,9 à 3,4 milliards d’années, la force du champ magnétique n’a pas changé, ce qui signifie que les latitudes n’ont pas changé non plus.
Parce que la tectonique des plaques inclut les changements de latitudes de diverses masses terrestres, dit Tarduno, « les mouvements tectoniques des plaques ne se produisaient probablement pas pendant cette période et il devait y avoir une autre façon pour la Terre d’évacuer la chaleur ».
Renforçant encore leurs découvertes, les chercheurs ont trouvé les mêmes motifs dans les zircons qu’ils ont étudiés en Australie occidentale.
« Nous ne disons pas que les zircons se sont formés sur le même continent, mais il semble qu’ils se soient formés à la même latitude inchangée, ce qui renforce notre argument selon lequel il n’y avait pas de mouvement tectonique des plaques à ce moment-là », a déclaré Tarduno.
La tectonique des couvercles stagnants : une alternative à la tectonique des plaques
La Terre est un moteur thermique et la tectonique des plaques est en fin de compte le dégagement de chaleur de la Terre. Mais la tectonique stagnante du couvercle – qui entraîne des fissures à la surface de la Terre – est un autre moyen permettant à la chaleur de s’échapper de l’intérieur de la planète pour former des continents et d’autres caractéristiques géologiques.
La tectonique des plaques implique le mouvement horizontal et l’interaction de grandes plaques à la surface de la Terre. Tarduno et ses collègues rapportent qu’en moyenne, les plaques des 600 derniers millions d’années se sont déplacées d’au moins 8 500 kilomètres (5 280 milles) de latitude. En revanche, la tectonique du couvercle stagnant décrit comment la couche la plus externe de la Terre se comporte comme un couvercle stagnant, sans mouvement horizontal actif des plaques.
Au lieu de cela, la couche externe reste en place pendant que l’intérieur de la planète se refroidit. De grands panaches de matériaux en fusion provenant de l’intérieur profond de la Terre peuvent provoquer la fissuration de la couche externe. La tectonique des couvercles stagnants n’est pas aussi efficace que la tectonique des plaques pour libérer la chaleur du manteau terrestre, mais elle peut toujours conduire à la formation de continents.
« La Terre primitive n’était pas une planète où tout était mort à la surface », explique Tarduno. « Des choses se produisaient encore à la surface de la Terre ; nos recherches indiquent qu’elles ne se produisaient tout simplement pas par la tectonique des plaques. Nous avions au moins suffisamment de cycles géochimiques fournis par les processus de couvercles stagnants pour produire des conditions propices à l’origine de la vie. »
Maintenir une planète habitable
Alors que la Terre est la seule planète connue à connaître la tectonique des plaques, d’autres planètes, telles que Vénus, connaissent une tectonique des paupières stagnante, explique Tarduno.
« Les gens ont tendance à penser que la tectonique stagnante du couvercle ne construirait pas une planète habitable à cause de ce qui se passe sur Vénus », dit-il. « Vénus n’est pas un endroit très agréable à vivre : elle a une atmosphère écrasante de dioxyde de carbone et des nuages d’acide sulfurique. C’est parce que la chaleur n’est pas évacuée efficacement de la surface de la planète. »
Sans la tectonique des plaques, la Terre aurait peut-être connu un sort similaire. Alors que les chercheurs laissent entendre que la tectonique des plaques a peut-être commencé sur Terre peu après 3,4 milliards d’années, la communauté géologique est divisée à une date précise.
« Nous pensons que la tectonique des plaques, à long terme, est importante pour éliminer la chaleur, générer le champ magnétique et garder les choses habitables sur notre planète », a déclaré Tarduno. « Mais, au début, et un milliard d’années après, nos données indiquent que nous n’avions pas besoin de la tectonique des plaques. »
Plus d’information:
John A. Tarduno et al, la tectonique des couvercles stagnants de l’Hadaean au Paléoarchéen révélée par le magnétisme du zircon, Nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-023-06024-5