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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Terre : la plus ancienne roche connue formée par un impact géant ?

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L'étude des conditions de formation des plus vieilles roches connues à ce jour, des gneiss trouvés dans la région d'Acasta au Canada, laisse penser qu'elles ont une origine étonnante. Elles se seraient formées à faible profondeur sous l'effet de la chaleur produite par l'impact d'un corps céleste d'au moins 10 kilomètres de diamètre.

La Terre n'a presque pas conservé d'archives géologiques de ses 500 premiers millions d'années, c'est-à-dire à peu près la période géologique appelée l'Hadéen. Ce qui n'a pas empêché géologues, géochimistes et géophysiciens d'établir 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.

De plus, les géologues ont 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 permet de faire mieux et c'est pourquoi il est, lui aussi, célèbre dans le monde de la géologie.

Il fait partie de la formation dite en anglais du Slave Craton dans le nord du Canada, au nord de la ville de Yellowknife et du Grand lac des Esclaves et il contient des gneiss rubanés qui sont parmi les plus anciens morceaux de croûte continentale connus sur Terre à ce jour. Or, justement, certains semblent même âgés de 4 milliards d'années et plus.

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

Les gneiss d'Acasta, des témoins de la formation des premiers continents

Ainsi, il y a quelques années, un gneiss tonalitique en provenance d'Acasta a d'ailleurs fait parler de lui. Baptisé Idiwhaa (ancien, dans la langue des autochtones de la région d'Acasta, le peuple tlicho), ce type de gneiss semble âgé de 4,02 milliards d'années, ce qui est le record pour une roche mais pas pour certains cristaux, comme les zircons, dont certains ont quelques centaines de millions d'années de plus.

Les gneiss de type Idiwhaa montrent un enrichissement en fer, des anomalies négatives en europium et d'autres caractéristiques. Les abondances de terres rares et des isotopes de l'oxygène trouvés dans les zircons magmatiques présents dans ces gneiss ne correspondent pas, en plus, à des roches ignées archéennes typiques. Elles sont en revanche très semblables à celles des roches sialiques de l'Islande. Les géologues en ont déduit qu'il s'agissait d'une preuve directe que les premiers continents se sont probablement bien formés dans un contexte tectonique similaire à celui de l'Islande.

Une présentation d'un des prospecteurs de roches dans la région où se trouvent les gneiss de la rivière Acasta. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Jeremyemerson123

L'effet de l'impact d'un corps céleste de 10 à 100 km de diamètre

Une autre perspective vient d'être apportée par une nouvelle étude de Idiwhaa publiée dans le journal Nature Geoscience.

Une équipe de chercheurs en Australie et en Chine a modélisé les conditions de pression et de température nécessaires pour produire les gneiss de type Idiwhaa. Ils sont alors tombés sur une surprise, car ces  roches felsiques (roches riches en silice et quartz) à la composition bien particulière se seraient formées à des pressions peu élevées, celles que l'on trouve seulement à environ trois kilomètres de profondeur, ce qui ne cadre pas avec des températures de l'ordre de 900 °C. Elles sont trop chaudes pour cette profondeur, même en tenant compte du fait que la température interne de notre planète devait être plus élevée à cette époque de la fin de l'Hadéen.

Il semble n'y avoir qu'une seule explication possible pour les chercheurs experts en pétrogenèse. Localement, la température du lieu de formation de la roche devait être plus importante du fait de la chute d'un corps céleste d'une taille suffisante (10 à 100 kilomètres de diamètre) pour que l'énergie libérée par l'impact fasse fondre partiellement des roches basaltiques riches en fer et pauvres en silice préexistantes, des roches dites mafiques qui avaient formé les couches supérieures de la croûte terrestre primitive, juste sous le lieu d'impact.

Le bombardement des astéroïdes et des comètes, il y a environ 4 milliards d'années, devait encore être conséquent de sorte qu'il a dû se former pas mal de roches felsiques à l'origine du type des gneiss Idiwhaa. Mais la tectonique des plaques les a largement fait disparaître, ce qui explique leur rareté aujourd'hui.

  • Le site d’Acasta fait partie de la formation dite en anglais du Slave Craton dans le nord du Canada, au nord de la ville de Yellowknife et du Grand lac des Esclaves et il contient des gneiss rubanés qui sont parmi les plus anciens morceaux de croûte continentale connus sur Terre à ce jour.
  • Certains semblent âgés de 4 milliards d’années et plus, comme ceux dont le type est appelé Idiwhaa (ancien, dans la langue des autochtones de la région
  • d’Acasta, le peuple tlicho). 
  • La modélisation de leur formation indique qu'ils se sont formés à faible profondeur mais à température relativement élevée, ce qui ne peut s'expliquer que par la fusion partielle à cette profondeur sous l'effet de l'impact d'un corps céleste d'au moins 10 kilomètres de diamètre. Impact qui a libéré de l'énergie sous forme de chaleur.
  • Du fait du bombardement encore important de corps célestes à cette époque, beaucoup de roches similaires ont dû se former, mais la tectonique des plaques les a fait disparaître en grande partie.
Pour en savoir plus

A-t-on découvert la roche la plus vieille du monde ?

Article de Laurent Sacco publié le 02/10/2008

Un groupe de chercheurs américains et canadiens a peut-être déniché la plus vieille roche connue au monde, accusant semble-t-il 4,28 milliards d'années. Cette découverte extraordinaire faite le long de la baie d'Hudson nous ouvrirait une fantastique fenêtre sur le passé le plus ancien de la Terre, peu de temps après l'impact géant à l'origine de la Lune. Mais des doutes demeurent...

Que s'est-il donc passé sur Terre pendant la période de l'Hadéen, alors que le bombardement météoritique sur notre planète était encore intense ? De quand date exactement la formation de la première croûte solide ? A quel moment des océans sont-ils apparus et ont permis à la vie de débuter ? La tectonique des plaques a-t-elle démarré très vite après l'apparition de la croûte solide et à quel point était-elle beaucoup plus active qu'aujourd'hui ?

Pour répondre à toute ces questions, il faudrait disposer d'échantillons de roches datant de plus de 4 milliards d'années. On a bien sûr des renseignements indirects, notamment grâce à des grains de zircon, minéral exceptionnellement résistant, que l'on a retrouvés dans des roches plus jeunes que leur âge de 4,36 milliards d'années, dans l'ouest de l'Australie. Il semblerait même que certains des fameux gneiss d'Acasta, toujours au Canada, soient âgés de 4,03 milliards d'années. Mais il faudrait mieux et c'est donc une découverte vraiment extraordinaire que viennent de faire Jonathan O'Neil, doctorant dans le département des sciences planétaires de la célèbre université McGill au Canada et Richard W. Carlson de la Carnegie Institution for Science à Washington.

Cliquez pour agrandir. Une vue de la Baie d'Hudson et de la ceinture verte du Nuvvuagittuq. Crédit Science

Avec leurs collègues Don Francis, professeur au département des sciences planétaires de McGill et Ross K. Stevenson, de l'université du Québec à Montréal (UQAM), ces chercheurs ont publié récemment un article dans Science faisant état de la datation, grâce à un isotope du néodyme, de roches présentes dans ce qu'on appelle la ceinture verte du Nuvvuagittuq. Il s'agit d'un mélange de roches volcaniques et sédimentaires similaire à celles que l'on connaît à Barberton en Afrique du sud et à Isua au Groenland. L'âge obtenu pour ces roches de la ceinture verte est de 4,28 milliards d'années. Un record !

La technique utilisée est bien connue, même si elle est difficile à mettre en œuvre. Il s'agit bien sûr d'une application des méthodes de datation isotopique, reposant en l'occurrence sur des isotopes de néodyme 142 et de samarium 146. Des noyaux de néodyme 142 sont présents dans presque toutes les roches, et normalement en quantité fixe. Mais au sein des roches plus vieilles que 4,1 milliards d'années environ, on doit s'attendre à y trouver un léger excès de Nd142.

En effet, le samarium 146 est radioactif et se désintègre assez rapidement, de sorte que plus de 500 millions d'années après la naissance de la Terre, il n'en existait plus sur notre planète. Or, l'un des produits de désintégration du Sm146 est justement du Nd142. Un mélange de ces deux isotopes piégé dans une roche s'étant formée il y a plus de 4 milliards d'années apparaîtra aujourd'hui avec un excès de Nd142 par rapport à d'autres plus jeunes que 4 milliards d'années, du fait de la désintégration du Sm146 en Nd142

Cliquez pour agrandir. C'est peut-être la plus vieille roche connue sur Terre. Crédit : Science

Certains chercheurs sont cependant sceptiques. D'ailleurs, Jonathan O'Neil et Richard W. Carlson eux-mêmes reconnaissent que ces doutes ne sont pas sans fondements. D'abord, d'autres caractéristiques de la ceinture verte du Nuvvuagittuq semblent plutôt indiquer un âge de 3,8 milliards d'années comme le fait remarquer un chercheur australien Simon Wilde, ensuite la roche elle même peut effectivement provenir d'un magma vieux de 4,28 milliards d'années, mais s'être mise en place plus de 400 millions d'années plus tard. La datation semble fiable mais son interprétation reste encore problématique selon ces chercheurs, qui incitent donc à la prudence.

Ces résultats donnent tout de même des renseignements sur ce qui se passait sur la Terre primitive, quelques centaines de millions d'années seulement après le choc d'une petite planète de la taille de Mars, baptisée Théia, dont le noyau ferreux s'est incorporé à celui de la Terre tandis que le reste emportait une partie du manteau terrestre, l'accrétion de ces débris formant notre Lune.

Comme l'indique Jonathan O'Neil, les données tirées de ces roches donneront aux chercheurs des informations précieuses concernant la séparation précoce du manteau de la Terre d'avec sa croûte au cours de la période de l'Hadéen, et il ajoute : « non seulement notre découverte ouvre une porte qui révèle encore plus de secrets sur les débuts de la Terre, mais elle offre aux géologues un nouveau terrain de jeu permettant d'examiner de quelle façon et à quel moment la vie a commencé, la nature probable de l'atmosphère de cette époque et la période de formation du premier continent ».

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