« Voir un monde dans un grain de sable », phrase d’ouverture du poème de Guillaume Blakeest une expression souvent utilisée qui résume également une partie de ce que font les géologues.
On observe la composition de grains minéraux, plus petits que la largeur d’un cheveu humain. Ensuite, nous extrapolons les processus chimiques qu’ils suggèrent pour réfléchir la construction de notre planète lui-même.
Maintenant, nous avons porté cette attention minutieuse vers de nouveaux sommets, reliant de minuscules grains à la place de la Terre dans l’environnement galactique.
Regardant vers l’univers
À une échelle encore plus grande, les astrophysiciens cherchent à comprendre l’univers et notre place dans celui-ci. Ils utilisent les lois de la physique pour développer des modèles qui décrivent les orbites d’objets astronomiques.
Bien que nous puissions penser que la surface de la planète est façonnée par des processus entièrement internes à la Terre elle-même, notre planète a sans aucun doute ressenti les effets de son environnement cosmique. Ceci comprend changements périodiques de l’orbite terrestreles variations du rayonnement solaire, les sursauts gamma et bien sûr les impacts de météorites.
Le simple fait de regarder la Lune et sa surface grêlée devrait nous le rappeler, étant donné que la Terre est plus de 80 fois plus massive que son satellite gris. En fait, des travaux récents ont souligné l’importance des impacts de météorites dans le production de croûte continentale sur Terreaidant à former des « graines » flottantes qui ont flotté sur la couche la plus externe de notre planète dans sa jeunesse.
Nous et notre équipe internationale de collègues avons maintenant identifié un rythme dans la production de cette croûte continentale précoce, et le rythme indique un mécanisme moteur vraiment grandiose. Cet ouvrage vient d’être publié dans la revue Géologie.
Le rythme de production de la croûte terrestre
De nombreuses roches sur Terre se forment à partir de magma en fusion ou semi-fondu. Ce magma provient soit directement du manteau – la couche principalement solide mais qui s’écoule lentement sous la croûte de la planète – soit de la recuisson de morceaux encore plus anciens de croûte préexistante. Lorsque le magma liquide se refroidit, il gèle finalement en roche solide.
Grâce à ce processus de refroidissement de la cristallisation du magma, les grains minéraux se développent et peuvent piéger des éléments tels que l’uranium qui se désintègrent avec le temps et produisent une sorte de chronomètre, enregistrer son âge. Non seulement cela, mais les cristaux peuvent également piéger autres éléments qui suivent la composition de leur magma parental, comme la façon dont un nom de famille pourrait suivre la famille d’une personne.
Avec ces deux informations – l’âge et la composition – nous pouvons alors reconstituer une chronologie de la production de la croûte. Ensuite, nous pouvons décoder ses fréquences principales, en utilisant la magie mathématique du Transformée de Fourier. Cet outil décode essentiellement la fréquence des événements, un peu comme les ingrédients déchiffrés qui sont entrés dans le mélangeur pour un gâteau.
Les résultats de cette approche suggèrent un rythme d’environ 200 millions d’années pour la production de croûte sur la Terre primitive.
Notre place dans le cosmos
Mais il existe un autre processus avec un rythme similaire. Notre système solaire et les quatre bras spiraux de la Voie lactée tournent tous les deux autour du trou noir supermassif au centre de la galaxie, mais ils se déplacent à des vitesses différentes.
Les bras en spirale orbitent à 210 kilomètres par seconde, tandis que le Soleil accélère à 240 km par seconde, ce qui signifie que notre système solaire surfe dans et hors des bras de la galaxie. Vous pouvez considérer les bras en spirale comme des régions denses qui ralentissent le passage des étoiles un peu comme un embouteillage, qui ne se dégage que plus loin sur la route (ou à travers le bras).
Ce modèle donne environ 200 millions d’années entre chaque entrée de notre système solaire dans un bras spiral de la galaxie.
Il semble donc y avoir un lien possible entre le moment de la production de la croûte sur Terre et le temps qu’il faut pour orbiter les bras spiraux galactiques – mais pourquoi ?
Frappes depuis le cloud
Aux confins de notre système solaire, un nuage de débris rocheux glacés nommé le Nuage d’Oort est censé orbiter autour de notre Soleil.
Alors que le système solaire se déplace périodiquement dans un bras en spirale, une interaction entre celui-ci et le nuage d’Oort est proposée pour déloger la matière du nuage, l’envoyant plus près du système solaire interne. Certains de ces matériaux pourraient même frapper la Terre.
La Terre subit des impacts relativement fréquents des corps rocheux de la ceinture d’astéroïdes, qui arrivent en moyenne à des vitesses de 15 km par seconde. Mais les comètes éjectées du nuage d’Oort arrivent beaucoup plus vite, en moyenne 52 km par seconde.
Nous soutenons que ce sont ces impacts périodiques à haute énergie qui sont suivis par l’enregistrement de la production de croûte conservé dans minuscules grains minéraux. Les impacts de comètes creusent d’énormes volumes de la surface de la Terre, entraînant la fonte du manteau par décompression, pas très différente de faire sauter un bouchon sur une bouteille de pétillant.
Cette roche en fusion, enrichie en éléments légers tels que le silicium, l’aluminium, le sodium et le potassium, flotte efficacement sur le manteau plus dense. Bien qu’il existe de nombreuses autres façons de générer la croûte continentaleil est probable que impactant sur notre planète primitive ont formé des graines flottantes de croûte. Le magma produit à partir de processus géologiques ultérieurs adhérerait à ces premières graines.
Annonciateurs de malheur ou jardiniers de la vie terrestre ?
La croûte continentale est vitale dans la plupart des cycles naturels de la Terre – elle interagit avec l’eau et l’oxygène, formant de nouveaux produits altérés, hébergeant la plupart des métaux et du carbone biologique.
Les grands impacts de météorites sont des événements cataclysmiques qui peut anéantir la vie. Pourtant, les impacts peuvent très bien avoir été la clé du développement de la croûte continentale sur laquelle nous vivons.
Avec le passage récent de astéroïdes interstellaires à travers le système solaire, certains sont même allés jusqu’à suggérer qu’ils transporté la vie à travers le cosmos.
Quelle que soit la manière dont nous sommes arrivés ici, il est impressionnant par une nuit claire de regarder le ciel et de voir les étoiles et la structure qu’elles tracent, puis de regarder vos pieds et de sentir les grains minéraux, la roche et la croûte continentale en dessous. – le tout lié par un très grand rythme en effet.
Chris Kirklandprofesseur de géologie, Université Curtin et Philippe Suttonmaître de conférences en astrophysique, Université de Lincoln
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.
A lire aussi | Des astronomes ont détecté l’un des plus gros jets de trous noirs dans le ciel
:quality(70)/cloudfront-eu-central-1.images.arcpublishing.com/mentormedier/YJUFBXDK4EDTMLYFJKMI47BSVY.jpg?fit=300%2C300&ssl=1)