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Peut-être des vestiges de l'océan de magma de la Terre primitive

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Des chercheurs de l'ENS Lyon et de l'Université British Columbia proposent une nouvelle hypothèse pour expliquer de mystérieuses anomalies à la base du manteau terrestre. Il pourrait s'agir de restes d'un gigantesque océan de magma sur la Terre primitive.

Le lac de lave du Nyiragongo. La surface de la Terre primitive devait beaucoup lui ressembler. © Stromboli online/J. Alean, R. Carniel, M. Fulle

L'hypothèse d'un océan de magma occupant une fraction non négligeable de la Terre pendant l'Hadéen, une période vraiment infernale de la Terre primitive il y a plus de 4 milliards d'années, est proposée depuis plusieurs décennies. Une des causes principales aurait été le bombardement météoritique très intense des premiers temps sur notre planète. L'énergie libérée aurait fait fondre au moins la surface de la Terre jusqu'au manteau supérieur. Un observateur de l'époque aurait probablement eu l'impression de survoler les lacs de lave de l’Erta ale ou du Nyiragongo, mais déployés à une échelle gigantesque et avec de larges mouvements de convection accompagnés de bulles de magma et d'un dégazage intense. Quel contraste avec notre planète actuelle et sa paisible tectonique des plaques !

Une comparaison entre la Terre à l'Hadéen et la Terre aujourd'hui. Crédit : Ballentine, Science 296, 2002, 1247-1248

Stéphane Labrosse et ses collègues J. W. Hernlund et N. Coltice proposent d'interpréter des régions assez bizarres, détectées par tomographie sismique à la base du manteau, comme des restes de cet ancien océan de magma de l'Hadéen. Il s'agit de zones de très petite taille (quelques kilomètres d'épaisseur), partiellement fondues, et situées à la limite entre le noyau et le manteau et dont on comprend mal la stabilité. Elles devraient en effet remonter à la surface comme le font les panaches mantelliques à l'origine des points chauds.

Selon les auteurs de l'article publié dans Nature, si ces zones ne remontent pas à la surface, c'est que, bien qu'elles soient partiellement fondues, leur densité dans les conditions de température et de pression à la base du manteau serait différente, pour des raisons liées à leur composition chimique. Elles seraient plus denses car plus riches en fer. En outre, à ce niveau, les mouvements de convection sont plus lents, ce qui aurait aidé à ce que des vestiges de l'océan de magma (épais d'au moins plusieurs centaines de kilomètres) y stationnent.

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A l'appui de leurs idées, les chercheurs mentionnent que d'après les lois de la géochimie et les modèles thermiques de l'intérieur de la Terre, lorsqu'une partie du magma a cristallisé, certains éléments dits incompatibles ont eu tendance à se concentrer dans le magma tout comme le fer. Ces zones résiduelles devraient donc bien être plus riches en fer mais surtout en ces éléments incompatibles. Or, il se trouve que lorsqu'on compare la composition chimique du manteau solide avec les météorites à l'origine de la Terre, on trouve effectivement un appauvrissement des roches du manteau en ces éléments qu'on avait du mal à expliquer jusqu'à présent.

Des implications pour la géodynamo et l'apparition de la Vie

S'il s'agit bien de restes de l'océan de magma, dont l'existence passée prend ainsi un peu plus de poids, cela pourrait avoir des conséquences intéressantes sur la façon dont on conçoit l'apparition de l'atmosphère de notre planète ainsi que la vie. En effet, même si les archives paléomagnétiques nous assurent que le champ magnétique de la Terre existe depuis au moins 3,2 milliards d'années, nous ne savons rien à son sujet pour des périodes plus reculées. Or, la présence d'une couche résiduelle de magma fondu entre le noyau et le manteau en train de lentement se refroidir depuis plusieurs milliards d'années est susceptible de changer l'évolution thermique du noyau.

Il faut savoir en effet que certains éléments radioactifs font partie des éléments incompatibles qui préfèrent migrer dans une phase liquide plutôt que dans une phase solide. En modifiant le flux de chaleur du noyau au manteau, le noyau se serait refroidi moins vite et les mouvements de convection à l'origine du champ magnétique terrestre n'auraient peut-être commencé que 500 millions d'années à 1 milliard d'années après la naissance de la Terre, ce qui nous placerait non plus à l'Hadéen mais à l'Archéen.

L'absence d'un champ magnétique aurait donc laissé passer les rayons cosmiques délétères pour la vie. On imagine facilement les implications pour les scénarios de l'origine de celle-ci, certains la situant à la surface des océans et d'autres dans les sources hydrothermales par exemple.