Depuis sa formation, la Terre évacue sa chaleur interne par le biais de la convection mantellique. Mais des chercheurs ont observé qu’il y a 720 millions d’années, la température du manteau supérieur a significativement chuté. Cet épisode serait associé à l’entrée dans le manteau de matériel froid au niveau des zones de subduction.

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[EN VIDÉO] Un milliard d'années résumé en 40 secondes : la tectonique des plaques Des chercheurs ont modélisé les mouvements des plaques tectoniques lors du dernier milliard d'années.

Depuis sa formation, la Terre ne cesse de perdre de la chaleur, qui s’évacue à travers les différentes couches terrestres jusqu’à la surface. Ce flux thermique de l’intérieur vers l’extérieur de la planète est l’un des moteurs de la convection mantellique, qui sous-tend la tectonique des plaques.

Plus précisément, la température du manteau exerce un contrôle de premier ordre sur la rhéologie de la lithosphère (autrement dit le comportement physique des roches) et sa composition.

Il y a 720 millions d’années, le manteau subissait une brutale chute de température

On considérait ainsi que le manteau supérieur se refroidissait de manière plus ou moins linéaire depuis 3 milliards d’années. Or, une nouvelle étude montre que ce n’est pas le cas. Si refroidissement il y a, celui-ci n’est cependant pas régulier. L’histoire de la Terre semble en effet marquée par une période durant laquelle le refroidissement du manteau s’est accru de manière significative.

Cette information a été obtenue grâce à l’analyse des roches basaltiques émises en milieu continental par les points chauds. La composition de ces roches permet en effet de remonter à la température du manteau et ainsi d’étudier ses variations au cours du temps.

C’est l’étude qu’a menée une équipe de scientifiques de l’Institut d’océanologie de l’Académie chinoise des sciences. En réalisant des analyses statistiques sur la géochimie des roches basaltiques intracontinentales, les chercheurs ont réussi à reconstruire l’évolution de la température potentielle sur le dernier milliard d’années. Ils ont ainsi pu observer un événement particulier durant le Cryogénien et l’Édiacarien (de -720 à -541 millions d’années). Durant cette période, il apparaît que le manteau s’est en effet refroidi de manière beaucoup plus importante, avec une température potentielle chutant de l’ordre de 50 à 1.400 °C.

Que s’est-il donc passé à ce moment-là pour expliquer ce changement de régime thermique ?

L’apparition des roches métamorphiques de basse température

Les chercheurs notent que cette époque correspond à l’apparition généralisée d’un certain type de roches : les roches métamorphiques de basse température.

Pour rappel, les roches métamorphiques sont des roches issues de la transformation de roches préexistantes sous l’effet d’une modification de la pression et de la température. Il existe ainsi un très grand nombre de roches métamorphiques, qui peuvent être classifiées en fonction de différents degrés de métamorphisme durant lesquels certains minéraux typiques vont cristalliser, dans des gammes de pression-température bien définies.

Gneiss ayant enregistré un épisode de déformation lors du processus métamorphique. © Huhulenik, Wikimedia Commons, CC by 3.0
Gneiss ayant enregistré un épisode de déformation lors du processus métamorphique. © Huhulenik, Wikimedia Commons, CC by 3.0

Le métamorphisme se produit donc lorsqu’il y a un ensevelissement des roches. Cela peut se produire lorsqu’il y a formation d’une chaîne de montagnes et que certaines unités de roches se voient comprimées puis recouvertes par d’autres unités, mais le métamorphisme est surtout un processus associé aux zones de subduction et à l’enfouissement d’une plaque sous une autre plaque.

L’apparition de roches métamorphiques de basse température il y a environ 720 millions d’années est donc un signe évident d’un changement de régime tectonique et de la mise en place de plusieurs zones de subduction « froides », qui sont caractérisées par l’enfoncement d’une lithosphère océanique, gorgée d’eau et de sédiments, sous une autre plaque. Une situation aujourd’hui classique, comme on peut l’observer notamment au niveau du pourtour de l’océan Pacifique.

Les débuts du régime tectonique « moderne »

Les résultats, publiés dans Earth and Planetary Science Letters, suggèrent donc que la période « Cryogénien-Édiacarien » correspondrait à l’établissement d’un régime moderne de tectonique des plaques, ayant, par le biais de l’entrée en subduction de matériel froid et hydraté dans le manteau, entraîné un refroidissement significatif du manteau supérieur. Cet effet sur la température du manteau aurait été de plus accru par la présence d’importantes quantités de sédiments océaniques, résultant des forts taux de sédimentation caractérisant la glaciation sturtienne (épisode de la Terre boule de neige), ayant lieu au même moment.

La Terre boule de neige durant la période cryogénienne. © nasa
La Terre boule de neige durant la période cryogénienne. © nasa

Cette nouvelle étude permet de dater avec plus de précision le début de la tectonique des plaques moderne, et de définir son influence sur l’état thermique du manteau terrestre.