Les collines arides de la région de Pilbara, en Australie occidentale, contiennent les premières preuves de plaques tectoniques glissant à la surface de la Terre.
De minuscules cristaux magnétiques enfermés dans le substrat rocheux ont enregistré le mouvement du terrain au fil du temps. Commençant il y a environ 3,48 milliards d'années, ces roches ont parcouru 2 500 kilomètres vers les pôles au cours d'une poussée qui a duré plusieurs millions d'années, rapportent des chercheurs le 19 mars. Science. Cela repousse de 140 millions d’années les premières preuves physiques du déplacement des plaques.
«C'est la seule planète que nous connaissons qui possède [well-established] tectonique » et il est important de comprendre quand cela a commencé, explique Alec Brenner, géologue paléomagnétique à l'Université de Yale.
Les chercheurs pensent que la tectonique a stabilisé l’environnement terrestre, permettant ainsi à une vie complexe d’évoluer. Mais les scientifiques ont âprement débattu quand cela a commencé. Les estimations varient énormément entre 1 milliard et 4 milliards d’années.
Les chercheurs ont probablement trouvé il y a si longtemps « les seules roches au monde » capables de montrer de manière convaincante un mouvement de la croûte, explique Claire Nichols. Le paléomagnétiste de l’Université d’Oxford n’a pas participé à l’étude mais a rédigé un commentaire d’accompagnement.
Dans la tectonique moderne, les plaques continentales dérivent et se frottent lentement les unes contre les autres, tandis que des plaques plus fines et plus denses se plient, coulent et fondent sous les bords des continents – un processus appelé subduction qui alimente les volcans et la croissance de chaînes de montagnes telles que l’Himalaya et les Andes. Ce recyclage de la surface de la Terre produit de nouvelles roches, qui absorbent le dioxyde de carbone lors de leur décomposition, stabilisant ainsi les niveaux de gaz à effet de serre et le climat de la Terre au cours des temps géologiques.
Les scientifiques peuvent reconstituer les mouvements continentaux passés en analysant les cristaux microscopiques d’un minéral appelé magnétite. Ces cristaux impriment le champ magnétique terrestre au fur et à mesure de leur formation ; en mesurant leur orientation, à la manière d'une boussole, les scientifiques peuvent estimer la latitude, c'est-à-dire la distance par rapport à l'équateur, où se trouvaient les roches au moment de leur formation. En observant des roches d’âges différents, ils peuvent suivre le déplacement des plaques tectoniques sur des millions d’années.
Mais plus les roches sont vieilles, plus le signal est faible. Le magnétisme est « une propriété très, très ténue », facilement effacée par la chaleur et la pression, explique Roger Fu, géologue paléomagnétique à l’Université Harvard.
Fu, Brenner et leurs collègues avaient précédemment utilisé des mesures paléomagnétiques dans une autre partie de Pilbara pour montrer que ce bloc de terrain avait dérivé sur plus de 5 000 kilomètres sur une période de 160 millions d'années commençant il y a 3,34 milliards d'années. Mais comme ils n’ont suivi qu’un seul morceau de croûte, ils n’ont pas pu exclure totalement la possibilité que le noyau magnétique terrestre ait changé – plutôt que les plaques crustales à la surface.
Pour surmonter cette incertitude, l'équipe a fouillé une autre partie de Pilbara, appelée North Pole Dome, avec des roches vieilles de 3,48 milliards d'années. Fu et Brenner – alors à Harvard – ont passé trois ans à y chercher un signal magnétique. C'était « un gros pari », admet Brenner. Mais cela a payé.
L'analyse de l'orientation de la magnétite a montré que sur plusieurs millions d'années, les roches ont dérivé de la latitude de l'actuel Berlin vers celle du centre du Groenland. Et cette fois, leurs résultats ont été renforcés par les mesures d’autres scientifiques. Celles-ci ont montré que pendant que le Dôme du Pôle Nord se déplaçait, des roches tout aussi anciennes en Afrique du Sud restaient stationnaires près de l'équateur.
Cela signifie que « là [was] mouvement relatif entre deux parties différentes de la surface de la Terre », explique Brenner. « La seule façon d'y parvenir est de faire en sorte que les plaques » se déplacent indépendamment. Avant cela, les premières preuves de ce type de mouvement relatif dataient d'il y a 2,5 milliards d'années, pour deux morceaux de la croûte terrestre situés dans le Wyoming et le Canada d'aujourd'hui.
Au cours de la dernière étude, le Dôme du Pôle Nord s'est déplacé de 47 centimètres par an, soit six fois plus vite que n'importe quelle plaque se déplace aujourd'hui.
Cette vitesse est probablement plausible pour la période, explique John Valley, géochimiste à l'Université du Wisconsin-Madison non impliqué dans les travaux. « Il y avait plus de chaleur à dissiper » de l'intérieur de la Terre, de sorte que la croûte était plus chaude et plus courbée qu'aujourd'hui.
Valley estime que certaines parties de la surface de la Terre ont commencé à bouger bien avant il y a 3,48 milliards d'années. En utilisant une technique différente – analysant la composition de cristaux ultra-résistants appelés zircons pour estimer le degré de mélange, de fusion et de recyclage de la croûte – lui et ses collègues concluent que certaines parties de la surface de la Terre primitive semblaient être en subduction tandis que d'autres restaient immobiles.
La subduction et le mouvement des plaques vont souvent de pair. Les résultats de Valley pourraient donc indiquer que des parties de la surface de la Terre ont commencé à bouger il y a 4,2 milliards d'années, soit seulement 300 millions d'années après la formation de la planète. « Mais la subduction n'est pas la même chose que la tectonique des plaques », prévient Valley. Ses résultats sur le zircon pourraient également découler de scénarios dans lesquels la croûte était stationnaire.
Pour prouver que les plaques étaient réellement en mouvement, les scientifiques devraient trouver des preuves magnétiques directes dans des couches rocheuses intactes. Mais la plupart des roches vieilles de plus de 3,48 milliards d’années ont perdu leurs empreintes magnétiques.
« Il y a des roches datant de 3,7 ou 3,8 milliards d'années où cela pourrait être possible », explique Valley. « Ce sera la limite. »