Illustration d’artiste des conditions inhabitables au cours de l’Hadéen, un des premiers éons géologiques de l’histoire de la Terre. Crédit : Alec Brenner
Les zircons (et les secrets qu’ils détiennent) sont éternels
Les scientifiques savent depuis longtemps que la tectonique des plaques, le mouvement de plaques distinctes et rigides qui composent la croûte terrestre, a formé des continents et des montagnes et a été cruciale pour l’évolution de la surface de la planète d’un environnement de lave et de roche en fusion à un environnement propice à la vie.
Ce qui est moins évident, c’est quand ça 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 pour trouver des indices chimiques sur l’apparition de la tectonique des plaques. L’étude de recherche, publiée récemment dans la revue Avances AGUsuggère 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 se forment aujourd’hui dans les environnements brûlants où la tectonique des plaques se produit.
“Avant il y a 3,8 milliards d’années, la planète ne semble pas être aussi dynamique”, a déclaré Nadja Drabon, professeure adjointe de Harvard en sciences de la Terre et des planètes et première auteure 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. De nombreux [previous] Les zircons ont montré qu’à l’époque, une fois la première croûte formée, elle vivait très longtemps – environ 600 millions d’années dans ce cas. Bien qu’il y ait eu quelques remaniements internes, nous n’avons jamais créé de nouvelle croûte granitique…. Puis il y a 3,8 milliards d’années, tout change.
Considérez les zircons comme de minuscules capsules temporelles qui conservent des indices chimiques des 500 premiers millions d’années de la Terre. Certaines se sont formées dans le magma de la planète il y a plus de 4 milliards d’années alors que la Terre, géologiquement parlant, en était encore à ses balbutiements. Cela en fait 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 vu qu’il y a 3,8 milliards d’années, alors que la planète se refroidissait, une nouvelle croûte se formait soudainement et que les signatures géochimiques des zircons commençaient à ressembler à celles générées dans les zones de subduction, les endroits où deux plaques tectoniques en collision se rencontrent et une glisse. sous l’autre et dans le manteau où il est recyclé (mot de code pour brûlé en un croustillant).
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 en formation était probablement le résultat d’un certain type de tectonique des plaques.
L’étude ajoute à recherche croissante ce mouvement tectonique s’est produit relativement tôt dans les 4,5 milliards d’années d’histoire de la Terre. Il offre des indices sur la façon dont la planète est devenue habitable et les conditions dans lesquelles les premières formes de vie se sont développées.
Aujourd’hui, l’enveloppe externe de la Terre se compose d’environ 15 blocs de croûte mouvants, qui contiennent les continents et les océans de la planète. Le processus a été la clé de l’évolution de la vie et du développement de la planète car le processus a exposé de nouvelles roches à l’atmosphère, ce qui a conduit à des réactions chimiques qui ont stabilisé la température de surface de la Terre pendant des milliards d’années.
Il est difficile de trouver des preuves du moment où le changement a commencé, car elles sont si rares. Seulement 5% de toutes les roches sur 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 Université d’État de Louisiane, 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 tout un 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 ramassées dans le sable et séparé les découvertes qui en résultent. Les zircons sud-africains variaient de 4,1 milliards à 3,3 milliards d’années. L’équipe a examiné trois caractéristiques géochimiques différentes des cristaux de zircon qu’ils ont trouvés : les compositions des isotopes du hafnium, des isotopes de l’oxygène et des éléments traces. Chacun leur a donné une pièce différente du puzzle.
Par exemple, l’isotope de l’hafnium offrait des indices sur la formation et l’évolution de la croûte terrestre ; les isotopes de l’oxygène pour savoir s’il y avait des 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 s’accélérer il y a près de 4 milliards d’années.
Les chercheurs ont également examiné les données d’autres études sur les zircons anciens qui ont été trouvés dans le monde entier pour voir s’ils ont vu des preuves d’un changement similaire. Ils l’ont fait en ce qui concerne les données sur les isotopes du hafnium.
“Tous 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 espère se concentrer sur celles-ci, notamment en regardant quand les océans ont commencé à se former.
“Je ne sais même pas par où commencer”, a déclaré Drabon en riant. Il y a tant à faire, dit-elle.
Référence : “Déstabilisation de la protocroûte hadéenne à longue durée de vie et apparition de la fusion hydrique omniprésente à 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, Avances AGU.
DOI : 10.1029/2021AV000520
