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La formation de la Terre se dévoile au Groenland

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La Terre a-t-elle été recouverte par un océan de magma entre 100 et 200 millions d'années après sa formation ? La réponse serait affirmative selon une nouvelle étude franco-danoise. Une preuve - un déficit en néodyme 142 pourrait avoir été trouvée au sein des plus vieilles roches du monde, dans la chaîne montagneuse d'Isua, au sud-ouest du Groenland. Notre planète aurait même mis plus de temps que prévu pour se refroidir. 

Vue aérienne de la chaîne d'Isua dans le sud-ouest du Groenland. Ce site fait 30 km de long et 1 à 4 km de largeur. © Hanika Rizo

La Terre se serait formée voici 4,58 milliards d'années à la suite de l'accrétion de matériaux du Système solaire. La chaleur produite par ce processus, ainsi que par la décomposition d'éléments radioactifs, aurait alors provoqué la fonte de toute cette matière. Par conséquent, notre planète pourrait avoir été constituée d'un océan de magma en fusion entre 100 et 200 millions d'années après sa formation au centre duquel se serait concentré un noyau métallique. Cette étendue s'est peu à peu refroidie, donnant naissance à la croûte terrestre puis à la dérive des continents. Cette cristallisation du magma en fusion se serait accompagnée d'une structuration chimique de la Terre : des couches concentriques aux compositions chimiques distinctes se seraient individualisées. 

Des chercheurs du Laboratoire magmas et volcans (LMV) viennent de retrouver, en collaboration avec une équipe danoise, des traces de ces inhomogénéités primordiales dans les roches d'Isua, une chaîne montagneuse située dans le sud-ouest du Groenland.

Les scientifiques s'intéressaient à un élément chimique clé : l'isotope 142 du néodyme. Il est issu de la décomposition d'un isotope radioactif aujourd'hui disparu, le samarium 146. Son abondance est presque identique dans toutes les roches terrestres. Deux exceptions sont néanmoins connues, à l'heure actuelle, dans certaines roches du Canada et du Groenland datant d'au moins 3,7 milliards d'années. Celles-ci présentent donc, dans leur composition, des traces des inhomogénéités primordiales constituées au moment de la cristallisation de l'océan magmatique.

La chaîne montagneuse d'Isua, dans le sud-ouest du Groenland, photographiée en août 2010 lors d'une mission franco-danoise d'échantillonnage. Cette zone renfermerait les plus vieilles roches de la planète. © Hanika Rizo

Une théorie de « l'océan magmatique » qui tient la route  

En 2003, deux groupes de chercheurs français avaient observé, pour la première fois, un excès en néodyme 142 dans des roches de cette même région. Si certaines couches de la Terre primordiale présentaient cet excès, c'est parce que d'autres couches devaient avoir un déficit. Cependant, pendant 9 ans, jusqu'au résultat obtenu aujourd'hui par l'équipe franco-danoise, ces déficits en néodyme 142 sont restés hypothétiques. Les chercheurs ont analysé très finement, grâce à une méthode sophistiquée, la spectrométrie de masse à thermo-ionisation, la teneur en néodyme 142 d'échantillons de roche issus d'Isua. Ils ont ainsi découvert un déficit de 10,6 parties par million en néodyme 142, ce qui conforte la théorie de « l'océan magmatique ». 

Ces résultats vont permettre d'améliorer les modèles sur la dynamique interne de la Terre à ses premiers stades d'évolution. En effet, en découvrant un déficit en néodyme 142 dans des roches relativement jeunes, formées près d'un milliard d'années après la cristallisation de l'océan magmatique, les chercheurs ont montré que les inhomogénéités primordiales se sont maintenues plus longtemps que prévu, avant d'être résorbées par le mouvement de convection du manteau terrestre. Afin de disposer de données plus globales, les scientifiques comptent à présent étudier la composition d'autres roches d'âge similaire affleurant par exemple au Canada, en Afrique du Sud ou en Chine. Toutes ces informations ont été publiées dans la revue Nature ce 1er novembre 2012.

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