La Terre primitive de l'Hadéen et son océan de magma. © Magann, Adobe Stock
Planète

La croûte continentale actuelle diffère de la croûte terrestre primitive

ActualitéClassé sous :Géologie , croûte continentale , géochimie

Insu

Au tout début, notre Planète n'était que roches en fusion. Le refroidissement de sa surface a formé peu à peu la croûte continentale primitive qui allait permettre d'installer les futures conditions favorables pour l'apparition de la vie sur Terre. Mais cette prime croûte terrestre n'est pas la même que celle de nos continents actuels selon une étude. 

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] Comment se forme le magma avant une éruption volcanique ?  Le magma est à l'origine de la formation des volcans. Cette roche en fusion, qui bouillonne dans le cratère, provient d’une fusion partielle du manteau de la Terre. Futura a rencontré Jacques-Marie Bardintzeff, docteur en volcanologie, qui raconte l'origine du magma. 

La composition chimique des zircons hadéens, qui sont les plus anciens minéraux terrestres (4,4 à 4 milliards d'années), semblait indiquer que la croûte primitive possédait une composition granitique proche de celle de la croûte continentale moderne. Cependant, cette composition pourrait plutôt refléter leur formation à la toute fin du processus de cristallisation de magmas plus typiques de la croûte archéenne (4 à 2,5 milliards d'années) dont l'origine n'implique pas nécessairement l'existence de la tectonique des plaques telle qu'on la connaît aujourd'hui.

Le développement d'une croûte primitive, riche en silice, a permis l'avènement de conditions favorables à l'apparition de la vie sur Terre, mais son origine est débattue car elle a été en grande partie détruite par les processus géologiques ultérieurs. Les seules reliques de cette croûte primitive sont ainsi des zircons détritiques d'âge hadéen (de 4,4 à 4 milliards d'années) retrouvés dans des sédiments plus récents à Jack Hills, en Australie.

Séquence de cristallisation dans des TTG (Tonalite – Trondhjémite – Granodiorite) d’environ 3,5 milliards d’années en Afrique du Sud ; les zircons se sont formés dans le dernier liquide résiduel, granitique mais non représentatif de la roche entière. © GET, CNRS

Un processus remis en question

La composition chimique de ces zircons indique qu'ils ont cristallisé dans un liquide magmatique de composition granitique. Les granites étant les roches les plus typiques de la croûte continentale récente, ceci était jusqu'à présent considéré comme indiquant l'existence de processus comparables à la tectonique des plaques actuelle.

Une étude menée par des chercheurs des laboratoires Géosciences Environnement Toulouse (GET/OMP) et Magmas et Volcans (LMV, Clermont-Ferrand/Saint-Étienne) a remis en question cette conclusion. Les zircons provenant de roches magmatiques les plus communes de l'éon archéen (âgées de 4 à 2,5 milliards d'années), qui ne sont pas des granites et appartiennent à la suite dite TTG (Tonalite-Trondhjémite-Granodiorite), présentent des compositions chimiques homogènes à l'échelle globale et surtout identiques à celles des zircons hadéens de Jack Hills.

Affleurement de gneiss archéens d’Afrique du Sud, âgés d’environ 3,3 milliards d’années et de composition TTG : un analogue de la première croûte terrestre ? © GET, CNRS

Un modèle thermodynamique a permis d'expliquer cette observation, démontrant que le processus de cristallisation des TTG aboutissait à un liquide résiduel de composition granitique dans lequel ces zircons se forment. Même si les zircons hadéens ont bien cristallisé à partir d'un liquide granitique, il s'avère donc que cette composition n'était pas forcément représentative de la croûte primitive dans son ensemble. Celle-ci a pu au contraire ressembler aux TTG archéennes, dont l'origine n'implique pas nécessairement la tectonique des plaques telle qu'on la connaît aujourd'hui. 

Pour en savoir plus

L’énigmatique formation de la première croûte continentale

Article de Morgane Gillard, publié le 10 décembre 2021

La croûte continentale qui forme les continents que nous connaissons aujourd'hui s'est formée durant les premiers stades de l'évolution de la Terre, à l'Hadéen. Durant cette période, la Terre primitive était caractérisée par un océan de magma. Cependant, la façon dont la première croûte continentale a émergé de cet environnement est très débattue. Une étude récente apporte de nouveaux éléments à cette énigme.

Les continents représentent actuellement près de 30 % de la surface terrestre. Si la tectonique des plaques les a de nombreuses fois remaniés et déplacés, il apparait que la quantité de croûte continentale est restée relativement stable au cours du temps. Si la première croûte continentale est apparue très tôt dans l'histoire de la Terre, la question des mécanismes et des conditions ayant mené à sa formation est cependant encore très débattue. Les reliques actuelles de cette première croûte felsique indiquent qu'elle s'est formée à l'Hadéen qui marque la période originelle de la Terre, entre 4,5 et 4 milliards d'années. Ces reliques se trouvent sous la forme de zircons, des minéraux silicatés.

La Terre à l’Hadéen : un océan de magma

De nombreux modèles proposent qu'à l'Hadéen, la Terre était caractérisée par la présence d'un immense océan de magma. Pas de continents ni de tectonique des plaques à cette époque. Seulement de la roche en fusion. La façon dont une croûte felsique, c'est-à-dire composée majoritairement de roches silicatées comme les granites, a pu se former à partir de cet océan magmatique de composition très différente, n'est pas claire.

Plusieurs processus sont proposés pour expliquer l'origine des premières roches continentales. Une hypothèse en particulier suggère qu'une proto-croûte principalement composée de péridotites aurait flotté au-dessus de l'océan de magma primitif. Actuellement, les péridotites sont les minéraux caractéristiques du manteau terrestre. Cette proto-croûte se serait rapidement hydratée au contact de l'hydrosphère déjà présente, ce processus menant à la formation d'une couche superficielle de péridotite serpentinisée. La partie résiduelle de l'océan magmatique aurait ensuite évolué en-dessous de cette croûte primitive, produisant des magmas basaltiques, enrichis en éléments incompatibles, qui ont du mal à réagir avec les minéraux et entrent donc préférentiellement dans la phase liquide, le magma. La composition de ces magmas serait d'ailleurs assez similaire à celle de certains basaltes retrouvés sur la Lune.

Vue d'artiste de la Terre primitive et de son océan de magma avant la formation des premiers continents. © Goddard Space Flight Center, Nasa

Des études de laboratoire ont ensuite montré que l'interaction entre des péridotites serpentinisées et des magmas basaltiques peut produire des tonalites et granodiorites, qui sont des roches felsiques. Ces roches auraient pu être formées à faible profondeur, à moins de 10 km sous la surface. Le processus de fusion partielle à l'origine de ces roches caractéristiques de la croûte continentale aurait été engendré par la déshydratation associée à l'intrusion des magmas basaltiques dans la serpentinite ou par des impacts météoritiques.

Les zircons hadéens, témoins de la formation de la première croûte continentale

Pour valider cette hypothèse, des chercheurs se sont intéressés aux conditions de cristallisation des zircons d'âge Hadéen. Ces minéraux de plus de 4 milliards d'années représentent en effet les plus vieux témoins de la formation d'une croûte continentale. La plupart des zircons hadéens proviennent de Jack Hills en Australie. Habituellement, les zircons se forment durant la genèse des roches magmatiques à composante felsique. Il s'agit de l'un des premiers minéraux à cristalliser à partir d'un magma primaire. Si ces minéraux donnent des informations fiables concernant leur environnement de cristallisation, il n'existe cependant pas de consensus concernant les conditions de genèse du magma dont ils sont issus.

Zircon d'âge hadéen de Jack Hills en Australie. © Aaron Cavosie, John Valley, modifié par Gretarsson, Wikimedia Commons, domaine public

L'équipe internationale de chercheurs menée par Anastassia Borisova de l'Université de Toulouse et de l'Université de Moscou, a donc pratiqué une série d'expérimentations en laboratoire et de modélisation numérique pour reproduire les caractéristiques du magma ayant donné naissance aux zircons hadéens. Les résultats, publiés dans la revue Geology, montrent que l'hypothèse d'une proto-croûte serpentinisée est compatible avec les caractéristiques des zircons hadéens retrouvés en Australie et que les processus évoqués ci-dessus auraient pu mener à la formation des premières roches felsiques.

L'un des points importants est que les mécanismes de formation de cette première croûte continentale n'auraient pas nécessité un environnement associé à une tectonique des plaques, même primitive. Ces résultats sont d'autant plus intéressants qu'ils pourraient également expliquer la formation de la croûte felsique primitive de Mars.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !