De nouvelles recherches indiquent que la tectonique des plaques a commencé il y a 4 milliards d’années, peu après la formation de la Terre. De nouvelles recherches suggèrent que la tectonique des plaques, qui provoque des tremblements de terre, la formation de montagnes et la séparation des continents, pourrait avoir commencé alors que la Terre commençait à peine, bien plus tôt que ne le pensaient de nombreux scientifiques.
Une nouvelle étude suggère que la tectonique des plaques a commencé il y a plus de 4 milliards d’années, peu après la formation de la planète il y a 4,5 milliards d’années. Au cours de cette époque, connue sous le nom d’ère Hadéenne, la Terre était fraîche et brûlante, avec une atmosphère d’ammoniac et de méthane saturée de suffisamment d’eau pour finalement se condenser en un océan à l’échelle planétaire. Durant cette période, la Terre s’est suffisamment refroidie pour avoir une croûte externe solide.
Aujourd’hui, cette croûte est façonnée par les mouvements de broyage des plaques tectoniques qui se déplacent à travers le manteau plus chaud et plus mobile situé en dessous. Mais personne ne sait avec certitude quand cet arrangement de tectonique des plaques a commencé. Auparavant, les chercheurs avaient suggéré que cela avait commencé à Hadea, presque immédiatement après le refroidissement de la croûte. D’autres pensent que la tectonique des plaques a commencé il y a environ 3,2 milliards d’années, lorsque la géochimie a révélé des changements clés dans la composition de la croûte. D’autres soutiennent que le phénomène est encore plus récent, ayant évolué vers sa forme moderne au cours des deux derniers milliards d’années.
Les scientifiques ont eu du mal à déterminer exactement quand la tectonique des plaques a commencé, car il n’existe aucune roche survivante vieille de plus de 4 milliards d’années. La seule fenêtre directe sur la période hadéenne est donc constituée de minuscules cristaux durables connus sous le nom de zircons, dont les plus anciens remontent à Il y a 4,4 ans. Un sous-ensemble de ces cristaux, appelés zircons de type S, peut révéler la présence de la tectonique des plaques. Ces zircons spéciaux sont des cristaux qui se forment dans les roches sédimentaires terrestres, puis sont poussés dans le manteau par la tectonique et réapparaissent dans les granites métamorphiques.
Illustration montrant les couches de la Terre et son noyau
Le problème est que les zircons de type S ne peuvent pas être facilement identifiés par une seule caractéristique, mais toute une gamme d’oligo-éléments peuvent être utilisés.
Dans une nouvelle étude publiée le 8 juillet dans la revue PNAS, les chercheurs ont utilisé un modèle d’apprentissage automatique pour faciliter cette tâche. Les scientifiques ont d’abord alimenté les données du modèle provenant de 300 zircons d’origine connue, puis ont testé la capacité du modèle à déterminer si 74 autres zircons étaient de type S ou non. Après avoir entraîné le modèle à distinguer les types de zircons, l’équipe l’a ensuite appliqué à 971 nouveaux zircons des Jack Hills en Australie, où se trouvent la plupart des zircons les plus anciens de la planète.
Les résultats ont montré que 35 % des zircons de Jack Hills étaient de type S. Certains remontent à 4,2 milliards d’années, ce qui suggère que la tectonique des plaques a déplacé les roches de la croûte vers le manteau et vice-versa au cours de l’Hadéen.
L’étude n’est pas la première à faire allusion à un mouvement tectonique très ancien. Une expérience réalisée en 2023 au cours de laquelle des roches ont fondu à haute température a montré que la croûte continentale la plus ancienne s’était formée par subduction, le processus par lequel une plaque tectonique s’enfonce sous une autre. Certaines études suggèrent même que les premiers continents pourraient avoir existé pendant la période hadéenne.
Mais la nouvelle étude ne résoudra probablement pas toute la controverse. Chris Hawksworth, géochimiste à l’Université de Bristol qui n’a pas participé à la nouvelle étude, a déclaré à Science Magazine que des forces autres que la tectonique des plaques, telles que les impacts de météorites géantes, pourraient également avoir déplacé la roche entre la croûte et le manteau au début de la Terre.
Des preuves d’une tectonique des plaques «moderne» remontant à 2,5 milliards d’années ont été découvertes en Chine. Des minéraux rares indiquent l’existence d’une ancienne zone de subduction.
Une nouvelle étude a révélé qu’une formation rocheuse unique en Chine contient des indices selon lesquels des plaques tectoniques ont été subductées ou subductées sous d’autres plaques au cours de l’ère archéenne (il y a 4 à 2,5 milliards d’années), tout comme c’est le cas aujourd’hui, rapporte la revue Proceedings of the. Académie nationale des sciences.
Connue sous le nom d’éclogite, cette roche rare vieille de 2,5 milliards d’années se forme lorsque la croûte océanique est enfoncée profondément dans le manteau (la couche entre la croûte et le noyau) à des températures relativement basses. Ce type de roche à haute pression et à basse température est «principalement limité aux zones de subduction de la Terre moderne».
Illustration de la Terre primitive avec la tectonique des plaques. Zoonar GmbH / Alamy
L’étude a identifié les plus anciennes éclogites connues provenant d’une ancienne ceinture de montagnes trouvée dans la croûte océanique terrestre, selon les chercheurs. Les roches les plus anciennes de ce type, celles de la République démocratique du Congo, vieilles de 2,1 milliards d’années, sont environ 400 millions d’années plus jeunes, selon les chercheurs.
“Bien qu’il ne s’agisse pas de la plus ancienne preuve connue de la tectonique des plaques (par exemple, une étude de 2021 date la tectonique des plaques d’il y a environ 3,6 milliards d’années), la nouvelle découverte fournit une source précieuse de données montrant que les plaques tectoniques se subductaient les unes sous les autres au «début».” jours d’existence de la Terre, du moins d’un point de vue géologique.
Les plaques tectoniques – les plaques en mouvement qui constituent la croûte externe de la Terre – sont responsables de la circulation des matériaux et des éléments depuis les profondeurs de la Terre vers ses océans, ses surfaces et son atmosphère. Pendant des décennies, l’équipe de recherche a travaillé pour comprendre les débuts de l’histoire et l’évolution de la Terre, depuis le moment où elle s’est formée et s’est refroidie à partir d’une boule de magma en fusion dans l’espace, jusqu’au moment où elle s’est solidifiée pour former la croûte externe rigide qui a évolué pour devenir la Terre système tectonique des plaques que nous avons aujourd’hui.
Dalle d’éclogite archéenne avec grenat rouge et pyroxène vert de Shangying, Chine. Lu Wang
Les plaques tectoniques sont essentielles au réchauffement de la planète. En raison du mouvement des plaques tectoniques, la chaleur est perdue de l’intérieur, un peu comme du pain flottant et se déplaçant dans une marmite de ragoût mijotant en dessous. La question de savoir si la transition vers une Terre tectonique des plaques s’est produite tôt ou si la planète a évolué à travers différentes étapes dominées par différents mécanismes de perte de chaleur est l’une des questions les plus non résolues et les plus débattues dans les sciences de la Terre aujourd’hui.
C’est pourquoi, au cours des 20 dernières années, l’équipe de recherche a cartographié les roches archéennes s’étendant sur environ 1 600 kilomètres du nord de la Chine – une ancienne ceinture de montagnes appelée orogène, marquant le site où deux plaques tectoniques sont entrées en collision il y a environ 2,5 milliards d’années.
De nombreuses caractéristiques de ces roches indiquent que cette ancienne ceinture de montagnes s’est formée à la suite de l’interaction de plaques tectoniques. Par exemple, des fragments de croûte océanique appelés ophiolites sont coincés dans l’ancienne zone de collision, tout comme des mélanges de roches très déformés appelés mélanges (en français pour «mélanges») qui marquent l’endroit où les plaques sont entrées en collision. L’équipe a également découvert de grandes structures plissées, appelées nappes, que la tectonique des plaques avait repoussées sur des centaines ou des milliers de kilomètres.
Une formation rocheuse contenant de l’éclogite archéenne (une couche sombre avec du grenat rouge et du pyroxène vert) entrecoupée de métagabbro contenant du grenat de Shangying, en Chine. Lu Wang
La découverte d’éclogites dans un mélange montre qu’une plaque tectonique de la croûte océanique s’est enfoncée sous une autre plaque, subissant un métamorphisme, c’est-à-dire changeant sa composition, sa texture ou sa structure interne sous l’influence de la chaleur et de la pression, à mesure qu’elle s’enfonçait plus profondément dans le manteau.
Il est rare de trouver des éclogites de l’Éon archéen, ce qui a conduit à affirmer que la tectonique moderne des plaques n’était pas à l’œuvre à l’Archéen. Ainsi, la découverte de l’éclogite, indicateur clé de la subduction profonde et froide, est très importante.
L’analyse en laboratoire des éclogites du site a montré qu’elles se sont formées sur une dorsale océanique en expansion il y a environ 2,5 milliards d’années, qu’elles ont été transportées à travers le fond océanique, puis poussées dans le manteau par subduction. Les microstructures des minéraux grenat et clinopyroxène indiquent qu’ils ont atteint des températures de 1 458 à 1 634 degrés Fahrenheit (792 à 890 degrés Celsius) et des pressions élevées de 287 000 à 355 000 livres par pouce carré (19,8 à 24,5 kilobars).
Lu Wang découvre une croissance dense sur un site d’éclogite archéenne à Shangying, en Chine. Timothy Caskey
Ces chiffres suggèrent que les éclogites ont été subductées jusqu’à une profondeur d’au moins 40 miles (65 km). En d’autres termes, ces résultats sont similaires à ceux des minéraux trouvés dans les zones de subduction modernes, ont déclaré Kuski et Wang. Finalement, la pression de deux plaques tectoniques en collision a repoussé les roches denses à la surface.
Pourtant, les résultats ne sont pas trop surprenants ni même nouveaux, a déclaré Roberta Rudnick, professeur de géosciences à l’Université de Californie à Santa Barbara, qui n’a pas participé à l’étude. “Ce n’est pas particulièrement nouveau à mon avis”, comme l’ont déjà rapporté d’autres chercheurs, tout comme les éclogites anciennes et les minéraux d’éclogite enfermés dans des diamants sortis de tubes volcaniques qui ont été “très bien étudiés depuis des décennies”.