Selon une nouvelle étude publiée aujourd’hui dans Avances AGU.
Ces rares capsules temporelles de la jeunesse de la Terre indiquent une transition il y a environ 3,8 milliards d’années d’une surface rocheuse stable et à longue durée de vie aux processus actifs qui façonnent notre planète aujourd’hui, fournissant un nouvel indice dans un débat houleux sur le moment où la tectonique des plaques s’est installée. mouvement.
La croûte terrestre et la couche supérieure du manteau juste en dessous sont divisées en plaques rigides qui se déplacent lentement au-dessus des couches inférieures visqueuses mais mobiles de la roche du manteau. La chaleur du noyau terrestre entraîne ce mouvement lent mais inexorable, responsable des volcans, des tremblements de terre et du soulèvement des chaînes de montagnes.
Les estimations du moment où ce processus s’est accéléré et où la croûte moderne s’est formée vont d’il y a plus de 4 milliards d’années à seulement 800 millions d’années. L’incertitude survient parce que les archives géologiques de la jeunesse de la Terre sont rares, en raison de l’effet de recyclage de surface de la tectonique des plaques elle-même. Presque rien ne reste de l’Hadean Eon, les 500 premiers millions d’années de la Terre.
« La Terre Hadéenne est cette grande boîte mystérieuse », a déclaré Nadja Drabon, géologue à l’Université de Harvard et auteur principal de la nouvelle étude.
De minuscules capsules temporelles
Dans une étape passionnante vers la résolution de ce mystère, en 2018, Drabon et ses collègues ont mis au jour une série chronologique de 33 cristaux de zircon microscopiques provenant d’un rare et ancien bloc de croûte de la ceinture de roches vertes de Barberton en Afrique du Sud, qui s’est formé à différents moments au cours d’une période critique. Il y a 800 millions d’années, il y a 4,15 à 3,3 milliards d’années.
Le zircon est un minéral accessoire relativement courant dans la croûte terrestre, mais les anciens représentants de l’Hadean Eon, il y a 4 à 4,56 milliards d’années, sont extrêmement rares, trouvés dans seulement 12 endroits sur Terre, et généralement en nombre inférieur à trois à chaque endroit.
Les isotopes d’hafnium et les oligo-éléments conservés dans les zircons de la ceinture de roches vertes racontaient une histoire sur les conditions sur Terre au moment de leur cristallisation. Des zircons âgés de 3,8 milliards d’années et moins semblaient s’être formés dans la roche subissant des pressions et fondant comme les zones de subduction modernes, ce qui suggère que la croûte a peut-être commencé à bouger.
« Quand je parle de tectonique des plaques, je fais spécifiquement référence à un arc, lorsqu’une plaque passe sous une autre et que vous avez tout ce volcanisme – pensez aux Andes, par exemple, et à l’anneau de feu », a déclaré Drabon, décrivant un exemple classique de subduction.
« À 3,8 milliards d’années, il y a un changement dramatique où la croûte est déstabilisée, de nouvelles roches se forment et nous voyons des signatures géochimiques devenir de plus en plus similaires à ce que nous voyons dans la tectonique des plaques moderne », a déclaré Drabon.
En revanche, les zircons plus anciens ont conservé des preuves d’une calotte mondiale de « protocroûte » dérivée de la refonte de la roche du manteau qui était restée stable pendant 600 millions d’années, selon l’étude.
Signes de changement global
La nouvelle étude a révélé une transition similaire vers des conditions ressemblant à une subduction moderne dans des zircons d’autres endroits du monde, datant d’environ 200 millions d’années des zircons sud-africains.
« Nous voyons des preuves d’un changement significatif sur la Terre il y a environ 3,8 à 3,6 milliards d’années et l’évolution vers la tectonique des plaques est une possibilité évidente. » Drabon dit.
Bien qu’ils ne soient pas concluants, les résultats suggèrent qu’un changement global a peut-être commencé, a déclaré Drabon, commençant et s’arrêtant peut-être dans des endroits dispersés avant de s’installer dans le moteur mondial efficace des plaques en mouvement constant que nous voyons aujourd’hui.
La tectonique des plaques façonne l’atmosphère terrestre ainsi que sa surface. La libération de gaz volcaniques et la production de nouvelles roches silicatées, qui consomment de grandes quantités de dioxyde de carbone de l’atmosphère, atténuent les grandes variations de température dues à trop ou trop peu de gaz à effet de serre.
« Sans tout le recyclage et la formation de nouvelles croûtes, nous pourrions faire des allers-retours entre le chaud bouillant et le froid glacial », a déclaré Drabon. « C’est un peu comme un thermostat pour le climat. »
La tectonique des plaques n’a, jusqu’à présent, été observée que sur Terre et peut être essentielle pour rendre une planète habitable, a déclaré Drabon, ce qui rend les origines des mouvements de plaques intéressantes pour la recherche sur le développement précoce de la vie.
« Le record que nous avons pour la Terre la plus ancienne est vraiment limité, mais le simple fait de voir une transition similaire dans tant d’endroits différents rend vraiment possible qu’il ait pu s’agir d’un changement global dans les processus crustaux », a déclaré Drabon. « Une sorte de sorte de réorganisation se produisait sur Terre. »
Nadja Drabon et al, Déstabilisation de la protocroûte hadéenne à longue durée de vie et apparition de la fusion hydrique omniprésente à 3,8 Ga, Avances AGU (2022). DOI : 10.1029/2021AV000520
Benjamin L. Byerly et al, Zircon hadéen d’un grès de 3,3 Ga, ceinture de roches vertes de Barberton, Afrique du Sud, Géologie (2018). DOI : 10.1130/G45276.1