Comment les premiers continents se sont (ne se sont pas) formés

Pendant longtemps, la jeune terre était une planète d’eau. Mais il y a environ 2,5 milliards d’années, de plus grandes masses terrestres se sont élevées et ont probablement formé un premier supercontinent, appelé Kenorland. La cause du soulèvement réside dans la plus faible densité de la croûte continentale par rapport à la croûte océanique plus lourde. Deux scientifiques sont maintenant allés au fond des processus géologiques qui auraient pu conduire à une croûte continentale plus légère – et dans leur étude, parue dans la revue Science, remettent partiellement en question l’explication précédente.

Les plaques continentales se sont formées à partir de magma solidifié provenant de volcans aux limites des plaques. Leur composition est donc quelque peu différente de celle des plaques sous les océans : des analyses d’échantillons de roche montrent que la croûte terrestre des continents contient moins de fer – et que le fer qui y est présent est plus oxydé, c’est-à-dire combiné à de l’oxygène. C’est pourquoi les plaques continentales sont moins denses. Ils nagent un peu plus loin dans l’océan de magma du manteau terrestre et sortent assez loin de l’eau pour former des continents.

Une théorie populaire dit que le manque de fer dans les plaques continentales est dû à la cristallisation des roches du groupe du grenat dans le magma sous les volcans. Car lorsque ces minéraux se forment, une grande partie du fer est oxydée. Deux états d’oxydation différents du fer sont impliqués ici : les cristaux de fer-2, qui lient un atome d’oxygène par atome de fer, et les composés de fer-3, dans lesquels trois atomes d’oxygène et deux atomes de fer se trouvent ensemble. La cristallisation du grenat laisse plus de composés de fer-3 plus fortement oxydés – et c’est relativement plus léger. Cela réduit la densité des masses rocheuses liquides à partir desquelles les plaques se sont finalement formées.

Pour tester cette hypothèse, Megan Holycross et Elizabeth Cottrell du Musée national d’histoire naturelle de la Smithsonian Institution à Washington ont recréé ce processus en laboratoire. Dans leur expérience, ils ont simulé les conditions sous les volcans où la cristallisation du grenat a eu lieu : les chercheurs ont fait fondre de nombreux échantillons de roche à 1230 degrés Celsius. Dans une cellule à haute pression, ils ont soumis la roche en fusion à une pression extrêmement élevée : jusqu’à trois gigapascals, soit 30 000 fois l’atmosphère terrestre. Ils ont analysé la structure et la composition des échantillons obtenus à l’aide de rayons X.

Les résultats ont montré que l’oxydation réduisait en fait les niveaux relatifs de fer dans les échantillons d’environ 20 %. Cependant, les chercheurs n’ont pas pu trouver de composés de fer-3 significativement plus légers dans les échantillons. Leur conclusion : La seule oxydation au cours de la cristallisation du grenat n’a évidemment pas suffi à expliquer la formation de la croûte continentale légère. “Il est plus probable que les conditions du manteau sous la croûte continentale aient joué un rôle important dans l’oxydation”, explique Cottrell. Ainsi, le soulèvement des continents a probablement impliqué des processus géologiques plus compliqués qu’on ne le pensait auparavant.