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Les premiers océans magmatiques de la Terre détectés dans les roches du Groenland vieilles de 3,7 milliards d’années

La Terre n’a pas toujours été une oasis de vie bleue et verte dans un système solaire autrement inhospitalier. Au cours des 50 premiers millions d’années de notre planète, il y a environ 4,5 milliards d’années, sa surface était un paysage enfer d’océans magmatiques, bouillonnant et éructant avec la chaleur de l’intérieur de la Terre.

Le refroidissement ultérieur de la planète à partir de cet état fondu, et la cristallisation de ces océans magmatiques en roche solide, a été une étape déterminante dans l’assemblage de la structure de notre planète, la chimie de sa surface et la formation de son atmosphère primitive.

  Les premiers océans magmatiques de la Terre détectés dans les roches du Groenland vieilles de 3,7 milliards d'années

Il y a 4 milliards d’années, la Terre était composée d’une série d’océans magmatiques à des centaines de kilomètres de profondeur.Crédit: Thibaut Roger / Université de Berne

Ces roches primitives, contenant des indices qui pourraient expliquer l’habitabilité de la Terre, ont été supposées avoir été perdues par les ravages de la tectonique des plaques. Mais maintenant, mon équipe a découvert les restes chimiques des océans magmatiques de la Terre dans des roches vieilles de 3,7 milliards d’années du sud du Groenland, révélant un instantané alléchant d’une époque où la Terre était presque entièrement fondue.

Enfer sur Terre

La Terre est le produit d’un système solaire précoce chaotique, qui aurait présenté un certain nombre d’impacts catastrophiques entre la Terre et d’autres corps planétaires. La formation de la Terre a abouti à sa collision avec une planète impacteur de la taille de Mars, qui a également entraîné la formation de la lune terrestre il y a 4,5 milliards d’années.

On pense que ces affrontements cosmiques ont généré suffisamment d’énergie pour faire fondre la croûte terrestre et presque tout l’intérieur de notre planète (le manteau), créant des volumes à l’échelle planétaire de roches fondues qui ont formé des «océans magmatiques» à des centaines de kilomètres de profondeur. Aujourd’hui, en revanche, la croûte terrestre est entièrement solide, et le manteau est considéré comme un «solide plastique»: permettant un mouvement géologique lent et visqueux loin du magma liquide du premier manteau terrestre.

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Alors que la Terre se rétablissait et se refroidissait après ses collisions chaotiques, ses océans magmatiques profonds cristallisé et solidifié, début du voyage de la Terre vers la planète que nous connaissons aujourd’hui. Les gaz volcaniques qui ont jailli des océans magmatiques de refroidissement de la Terre ont peut-être été décisifs dans la formation et la composition de l’atmosphère primitive de notre planète – qui finirait par soutenir la vie.

Recherche géologique

Trouver des preuves géologiques de l’ancien état fondu de la Terre est extrêmement difficile. En effet, les événements magmatiques océaniques se sont probablement produits il y a plus de 4 milliards d’années, et de nombreuses roches de cette période de l’histoire de la Terre ont depuis été recyclées par la tectonique des plaques.

Mais si les roches de cette période n’existent plus, leurs traces chimiques peuvent encore être stockées dans les profondeurs de la Terre. Les cristaux solidifiés de la période de refroidissement de la Terre auraient été si denses qu’ils auraient coulé à la base du manteau terrestre. Les scientifiques pensent même que ces résidus minéraux peuvent être stockés dans des zones isolées au plus profond de Limite du noyau du manteau terrestre.

S’ils existent, ces anciens cimetières de cristal nous sont inaccessibles – se cachant bien trop profondément pour que nous puissions en prélever directement des échantillons. Et s’ils devaient jamais remonter à la surface de la Terre, les cristaux de magma océanique subiraient naturellement un processus de fusion et de solidification, ne laissant que des traces de leurs origines dans les roches volcaniques qui atteignent la croûte terrestre.

Indices de cristal

Nous savions que le Groenland serait un bon endroit pour rechercher ces traces du passé en fusion de la Terre. Nos échantillons proviennent de la ceinture supracrustale Isua dans le sud-ouest du Groenland, qui est un région célèbre pour les géologues. À première vue, les roches d’Isua ressemblent à n’importe quel basalte moderne que vous trouverez sur le fond marin. Mais ces roches sont parmi les plus anciennes du monde, âgées de 3,7 à 3,8 milliards d’années.

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En analysant les roches d’Isua, nous avons découvert des signatures d’isotopes de fer uniques. Ces signatures ont montré que la région du manteau à partir de laquelle les roches s’étaient formées avait été soumise à une pression très élevée, à plus de 700 kilomètres sous la surface de la Terre. C’est exactement là que les minéraux formés lors de la cristallisation du magma océan auraient été localisés.

Mais si ces roches portaient effectivement des traces d’océan de magma cristallisé, comment se sont-elles retrouvées à la surface de la Terre? La réponse réside dans la façon dont l’intérieur de la Terre fond, produisant des roches volcaniques à la surface de la planète.

La fonte des roches

Lorsque les régions du manteau semi-solide de la Terre se réchauffent et fondent, elles s’élèvent à flot vers la croûte terrestre, produisant finalement des roches volcaniques lorsque le magma atteint la surface et se refroidit. En étudiant la chimie de ces roches en surface, nous pouvons sonder la composition du matériau qui a fondu pour les former.

La composition isotopique des roches d’Isua a révélé que leur voyage à la surface de la Terre impliquait plusieurs étapes de cristallisation et de refusion à l’intérieur de la planète – une sorte de processus de distillation sur leur chemin vers la surface. Mais les roches qui ont émergé, situées dans le Groenland actuel, conservent encore des signatures chimiques qui les relient au passé couvert de magma de la Terre.

Les résultats de nos travaux fournissent certaines des premières preuves géologiques directes de la signature des cristaux magmatiques océaniques dans les roches volcaniques trouvées à la surface de la Terre. Maintenant, nous aimerions savoir si d’autres roches volcaniques anciennes à travers le monde peuvent nous en dire plus sur les anciens océans magmatiques de la Terre, ou si nous sommes plutôt tombés sur une bizarrerie géologique: un indice plus ponctuel.

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Si d’autres volcans ont peut-être craché des artefacts géologiques similaires, nous pourrions également nous tourner vers des points chauds d’éruption modernes tels que Hawaï et l’Islande pour en savoir plus. nouveautés isotopiques qui parlent du passé ancien de la Terre. Il est possible que des roches plus primordiales puissent être trouvées dans le futur, ce qui pourrait nous aider à mieux comprendre le passé violent et couvert de magma de la Terre.La conversation

Helen M Williams, lectrice en géochimie, Université de Cambridge

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l’article original.

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