Une équipe d'étudiants en géologie examine l'affleurement rocheux de gneiss d'Acasta situé sur une île au Canada. Découvert en 1989, il tire son nom de sa proximité avec la rivière Acasta du grand lac de l'Ours. Ses roches ont des âges compris entre 4,03 à 3,58 milliards d'années et elles sont des vestiges de croûte continentale les plus anciens connus à ce jour. © Northwest Territories Geoscience Office

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Les premiers continents ne seraient pas nés comme on le pensait

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De nouvelles analyses de roches datant de plusieurs milliards d'années obtenues via une nouvelle méthode de géochimie isotopique ne cadrent pas avec l'un des mécanismes de production de la croûte continentale. Il faudrait chercher une autre explication, peut-être dans le cadre de la théorie de la tectonique des plaques.

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Presque 50 ans après la constitution de la théorie de la tectonique des plaques, l'indispensable cadre permettant de comprendre les phénomènes géologiques depuis au moins un milliard d'années sur Terre, nous ne savons toujours pas vraiment comment les continents se sont formés ni quand la tectonique des plaques et leur dérive a débuté. Plusieurs éléments sont tout de même acquis.

Nous savons qu'il existe dans les continents des noyaux de croûte continentale qui peuvent remonter à presque 4 milliards d'années. On les appelle des cratons et ils contiennent fréquemment des cortèges de roches intrusives avec une composition granitique (quartz et feldspath), mais ne contenant qu'une petite partie de feldspath potassique, nommés les tonalite-trondhjémite-granodiorite ou TTG.

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La tectonique des plaques et la genèse des continents

Nous savons aussi que, pendant l'archéen, la période géologique qui s'étend entre 4 milliards d'années et 2,5 milliards d'années, la Terre était plus chaude et avec un manteau plus convectif comme l'expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous. Si des plaques tectoniques existaient déjà alors, elles étaient probablement plus petites et animées de mouvements de dérives plus rapides. La surface des continents, en tout cas émergée, était sans doute aussi nettement plus petite et elle était arasée par des pluies acides.

L'un des mécanismes proposés pour faire émerger la croûte continentale -- qui n'est pas chimiquement homogène et qui est essentiellement constituée de roches magmatiques acides (granitoïdes) et de roches métamorphiques avec, par endroit, des strates de roches sédimentaires --, est la subduction d'une plaque océanique sous une autre. Une plaque océanique est composée de gabbros et basaltes dans la partie crustale (la croûte océanique) et de péridotites dans la partie mantellique (manteau lithosphérique).

Mais elle contient aussi des sédiments gorgés d'eau et, quand une plaque océanique s'enfonce dans le manteau, cette eau va abaisser le point de fusion des péridotites au-dessus de la plaque plongeant, ce qui va produire un magma particulièrement riche en silice. En surface, on obtiendra alors des arcs volcaniques avec des volcans crachant des laves visqueuses comme les andésites. Cette genèse des arcs contribue à former de la croûte continentale.

« Toutes les manifestations géologiques se comprennent maintenant très bien dans le contexte de la tectonique des plaques... » Entretiens avec Yves Gaudemer, professeur à l'Université Paris Diderot, et des membres de son équipe. © Chaîne IPGP

Des isotopes qui tracent la géodynamique

La géochimie est un des outils qu'utilisent les géologues pour résoudre les énigmes persistantes de la tectonique des plaques et l'origine des continents. Aujourd'hui, elle a permis à une équipe internationale de chercheurs en géosciences de l'Université Libre de Bruxelles en Belgique, de l'Institut de Géochimie et Pétrologie en Suisse, de l'Université de Montpellier en France et menée par Luc-Serge Doucet de l'université Curtin à Perth, en Australie-Occidentale, de remettre en cause la subduction océanique comme origine des plaques continentales. C'est en effet la conclusion à laquelle sont arrivés ces chercheurs comme ils l'expliquent dans un article publié dans la revue Geology.

Les géochimistes ont mesuré avec une nouvelle méthode les isotopes du fer et du zinc dans les roches issues de cratons archéens provenant de la Sibérie centrale et de l'Afrique du Sud. Dans un communiqué de l'Université Curtin, Luc-Serge Doucet et ses collègues expliquent ce qu'ils ont trouvé : « Notre recherche a révélé que la composition chimique des fragments de roche n'était pas cohérente avec ce que nous voyons habituellement lorsque la subduction se produit. Si les continents étaient formés par subduction et tectonique des plaques, nous nous attendrions à ce que le rapport des isotopes du fer et du zinc soit très élevé ou très faible, mais nos analyses ont plutôt révélé que le rapport des isotopes était similaire à celui trouvé dans les roches produites sans subduction ». Si les chercheurs ont raison, il faut donc trouver un nouveau mécanisme de production de la croûte continentale.

  • De nouvelles analyses de roches datant de plusieurs milliards d'années obtenues via une nouvelle méthode de géochimie isotopique avec le fer et le zinc ne cadrent pas avec un des mécanismes de production de la croûte continentale.
  • La genèse de ces roches ne serait pas liée à la subduction de plaques océaniques.
  • Il faudrait chercher une autre explication, peut-être dans le cadre de la théorie de la tectonique des plaques.
Pour en savoir plus

Les premiers continents seraient nés comme l'Islande

Article de Laurent Sacco publié le 31/05/2014

Comment a débuté la formation de la croûte continentale ? En émergeant des océans il y a plus de quatre milliards d'années, à la façon de l'Islande, pensaient les géologues sans en avoir la preuve. La découverte d'un gneiss de la célèbre région d'Acasta, dans le grand nord canadien, vient aujourd'hui de rendre cette hypothèse plus crédible.

La Terre n'a presque pas conservé d'archives géologiques de ses 500 premiers millions d'années, c'est-à-dire en gros la période géologique appelée l'Hadéen. Il semble bien cependant qu'entre -4,568 et -4,4 milliards d'années, notre planète a formé son noyau et son manteau, et qu'il a existé pendant un temps un gigantesque océan magmatique global.

Alors que le bombardement météoritique continuait de décroître, la Terre aurait commencé à former de la protocroûte continentale entre -4,4 et 4 milliards d'années, comme en témoignent les cristaux de zircons retrouvés dans des roches à Jack Hills en Australie. Quand l'Archéen a débuté, il y a environ 4 milliards d'années, on estime qu'il n'existait qu'entre 10 et 15 % du volume de la croûte continentale actuelle. Mais durant cette période, qui prendra fin il y a environ 2,5 milliards d'années, une intense activité magmatique a conduit à l'extraction de près des trois quarts du volume de la croûte continentale à partir du manteau.

Quand les premiers continents se sont formés, des scènes similaires aux actuelles éruptions en Islande ont dû se produire, à l'image de celle-ci, œuvre du volcan Eyjafjallajökull. Si la dépression de l'Afar permet d'assister à la naissance d'un océan, l'Islande permettrait de remonter dans le passé pour observer la naissance de la première croûte continentale. © Marc Szeglat, YouTube

L'amnésie partielle de la Terre

Il y a de bonnes raisons de penser aussi, bien qu'il y ait encore débat, qu'une tectonique des plaques existait déjà pendant l'Archéen. Mais elle devait être différente de celle aujourd'hui à l'œuvre, par exemple dans la dépression de l'Afar explorée par Haroun Tazieff et ses collègues il y a 45 ans environ. La convection du manteau devait être bien plus active car notre planète était alors plus chaude. Il devait donc exister de nombreuses petites plaques océaniques et continentales.

Mais l'essor même de la tectonique des plaques, quelle que soit la date à laquelle elle a débuté, a contribué à effacer de la mémoire de la Terre les péripéties de l'Hadéen et du début de l'Archéen. Les collisions et les fracturations des continents, le métamorphisme des roches qui l'ont accompagnée, ainsi que l'érosion, ont fait disparaître ou dégradé les informations contenues dans les roches continentales. Quant à la croûte océanique, elle doit finir par subducter dans les profondeurs du globe pour y être recyclée en quelques centaines de millions d'années tout au plus. Actuellement, l'âge de quelques portions de l'est de la Méditerranée, vestiges de l'océan Thetys, remonte jusqu'à environ 270 millions d'années mais l'immense majorité des plaques océaniques globales contiennent des roches dont les plus âgées ne dépassent pas 200 millions d'années.

La Terre contenait plus de chaleur il y a des milliards d'années qu'aujourd'hui. Une partie de cette chaleur provenait de sa phase d'accrétion et aussi de la désintégration de certains éléments radioactifs qui étaient plus abondants à l'époque. Plus chaud, le manteau était donc plus convectif et on en a déduit qu'il devait exister à la surface de la Terre un grand nombre de petites plaques avec des mouvements plus rapides que de nos jours. Les continents (en gris) n'occupaient pas encore leur surface actuelle et ils étaient en train de croître. © Société française d’exobiologie

Les gneiss d'Acasta et les premiers continents

On a tout de même retrouvé des restes d'anciennes roches magmatiques (des granitoïdes) métamorphisées en gneiss à Amitsôq au Groenland. Selon les estimations des géochimistes, elles seraient âgées de 3,82 milliards d'années. Le site d'Acasta au Canada est lui aussi célèbre dans le monde de la géologie. Il contient des gneiss rubanés qui sont parmi les plus anciens morceaux de croûte continentale connus sur Terre à ce jour. Certains semblent même âgés de 4 milliards d'années. Remarquablement, un groupe de chercheurs vient de publier dans Nature Geoscience un article portant sur l'analyse d'un échantillon de gneiss d'Acasta qui jette une nouvelle lumière sur l'origine des premiers continents.

L'hypothèse était qu'ils avaient dû commencer à se former un peu comme l'Islande. En effet, la croûte dont elle est constituée est relativement proche d'une croûte continentale, bien qu'elle soit le produit de l'activité volcanique. Elle est plus épaisse qu'une croûte océanique standard et elle contient une grande quantité de roches riches en silice. Mais jusqu'à présent, les analyses géochimiques de ces roches islandaises ne montraient pas la proximité attendue avec les roches datées de l'Archéen.

Dans le complexe d'Acasta au Canada se trouvent des roches parmi les plus anciennes du monde. © d-maps.com

Mais en découvrant et analysant le gneiss tonalitique en provenance d'Acasta, les géochimistes et les géologues de l'université de l'Alberta ont finalement trouvé une preuve à l'appui du scénario proposé pour modéliser l'origine de la croûte continentale. Baptisé Idiwhaa (ancien dans la langue des autochtones de la région d'Acasta), ce gneiss âgé de 4,02 milliards d'années montre un enrichissement en fer, des anomalies négatives en europium et d'autres caractéristiques. Les abondances de terres rares et des isotopes de l'oxygène dans des zircons magmatiques ne correspondent pas à des roches ignées archéennes typiques. Elles sont en revanche très semblables à celles des roches sialiques de l'Islande. Pour la première fois apparaît donc une preuve directe que les premiers continents se sont probablement bien formés dans un contexte tectonique similaire à celui de l'Islande.

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