La roche la plus ancienne de la Terre : une roche granitique vieille de 4 milliards d’années des Territoires du Nord-Ouest, au Canada. Crédit : groupe du professeur Li Xianhua
Actuellement, la Terre est la seule planète identifiée qui soutient la vie, en grande partie grâce à la dynamique de la tectonique des plaques. Ce processus joue un rôle central dans le recyclage des éléments biogéochimiques vitaux et dans la régulation de la température de la planète. La subduction – la force destructrice de la tectonique des plaques qui pousse une plaque sous une autre – est le signe le plus révélateur du grand programme de recyclage de la tectonique des plaques.
Cependant, jusqu’à quelle profondeur dans le passé de la Terre pouvons-nous trouver des traces de la tectonique des plaques ? Les plaques tectoniques ont-elles toujours fonctionné comme elles le font aujourd’hui, avec des processus comme la subduction et le recyclage des matériaux de surface ?
Des études antérieures utilisant la modélisation géodynamique numérique ont fait valoir que la subduction et le recyclage opéraient dès ~ 4,3 Ga (GA signifie «giga annum», qui est une unité de temps égale à un milliard d’années.) Il y a. Étant donné que la Terre elle-même n’a que 4,5 Ga, une telle affirmation plaide en faveur de la tectonique des plaques depuis presque le premier jour.
Cependant, de nouvelles preuves géochimiques obtenues à partir des plus anciennes roches connues de la Terre – trouvées dans des régions lacustres éloignées du nord du Canada – brossent un tableau radicalement différent de l’histoire la plus ancienne de la Terre.
L’étude présentant ces preuves, qui a été publiée dans Scientifiqueunnces le 30 juin, a été menée par des chercheurs dirigés par le professeur Li Xianhua de l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences (IGGCAS), en collaboration avec des collègues d’Australie et du Canada ainsi que de Chine.
« Nos échantillons les plus anciens ne montrent aucun signe de recyclage des matériaux superficiels à 4,0 Ga », a déclaré le professeur LI, co-auteur correspondant de l’étude. « Et la première preuve que nous trouvons pour le recyclage de surface en magmas n’est pas avant 3,8 Ga. »
Il y a environ 4,0 à 2,5 milliards d’années, l’eau de mer était saturée de Si et le fond marin silicifié était riche en Si lourd. L’étude a révélé un changement entre 4,0 – avant l’incorporation de Si lourd dans le magma granitique – et 3,8 Ga – lorsqu’il a été incorporé pour la première fois. Crédit : groupe du professeur Li Xianhua
Les isotopes du silicium (Si) et de l’oxygène (O) dans les roches granitiques sont des traceurs du recyclage des matériaux de surface dans le magma. Sur la Terre antique, l’eau de mer était saturée de Si et riche en Si lourd en raison du manque de formes de vie pour la consommer. Ainsi, si des matériaux Si lourds du fond marin étaient recyclés dans des chambres magmatiques par subduction, alors des isotopes Si lourds seraient détectés dans des échantillons de roche granitique.
« L’une des difficultés dans l’application de cette technique aux roches anciennes est l’identification de la composition isotopique primaire du Si. C’est parce que ces roches ont été retravaillées par la chaleur et la pression à plusieurs reprises tout au long de la longue histoire de la Terre », a déclaré ZHANG Qing de l’IGGCAS, auteur principal de l’étude.
Le zircon, le minéral datable le plus abondant dans les roches granitiques, est également commodément résistant aux intempéries et aux altérations ultérieures. L’application de techniques analytiques de très haute précision au zircon peut fournir les contraintes les plus fiables pour déterminer si la composition isotopique de Si détectée représente la signature principale.
« L’étude (des chercheurs) a proposé des critères de sélection systématiques pour évaluer les données. Je dois les féliciter pour leur évaluation minutieuse de leurs données sur les isotopes Si et O du zircon », a déclaré un critique anonyme de l’article.
L’absence d’une signature Si lourde dans les roches de 4,0 Ga signifie que les échantillons les plus anciens n’ont pas nécessité de subduction.
« Néanmoins, étant donné que les roches les plus anciennes proviennent d’une seule localité, aucune subduction nécessaire pour une petite zone ne signifie pas qu’il n’y a pas de subduction de plaque sur la planète à 4,0 Ga », a déclaré le co-auteur Allen Nutman de l’Université australienne de Wollongong.
Après un filtrage minutieux, cependant, les données ont révélé un changement distinct à 3,8 Ga dans les isotopes Si et O. Pour cette raison, sur la base des données actuelles, l’étude conclut qu’un changement possible dans la géodynamique de la Terre, tel que le début de la subduction des plaques, s’est produit à 3,8 Ga.
« C’était déjà incroyable que ces roches les plus anciennes soient préservées », a déclaré le co-auteur Ross Mitchell d’IGGCAS, « et maintenant nous apprenons qu’elles racontent également une histoire tectonique de passage à l’âge adulte. »
