Traces d’un océan de magma ancien trouvées au Groenland

Les roches collectées au Groenland peuvent contenir des traces d’un ancien océan de magma qui bouillonnait sur une grande partie de la surface de la Terre peu de temps après la naissance de la planète, selon une nouvelle étude.

Les scientifiques ont rassemblé les roches de la ceinture supracrustale d’Isua, une région du sud-ouest Groenland où les roches exposées ont entre 3,7 milliards et 3,8 milliards d’années; la ceinture contient les plus anciennes roches connues sur la terre, qui restent relativement peu perturbés par tectonique des plaques, les altérations thermiques et chimiques, selon Science Magazine.

Les traces chimiques des premiers océans magmatiques sont encore plus anciennes que les roches elles-mêmes, datant d’environ 4,5 milliards d’années, lorsqu’un objet de la taille de Mars a percuté la Terre, faisant tomber un énorme morceau de roche qui plus tard est devenu la lune, selon la nouvelle étude.

Lorsque des objets célestes de la taille de la Terre et de Mars entrent en collision, « la fusion quasi totale de la planète entière en est une conséquence inévitable », a déclaré l’auteur principal Helen Williams, professeur de géochimie à l’Université de Cambridge, à 45Secondes.fr. Et au fur et à mesure que cette roche fondue se refroidissait et se cristallisait, la Terre en est progressivement venue à ressembler au marbre bleu que nous connaissons aujourd’hui, a-t-elle déclaré.

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Mais bien que la plupart des scientifiques acceptent la théorie de la Terre en fusion, « un grand défi est qu’il est très difficile de trouver … des preuves géologiques de quelque chose qui s’est produit si tôt dans notre histoire », a déclaré Williams. La nouvelle étude, publiée le 12 mars dans la revue Progrès scientifiques, montre que les roches de la ceinture d’Isua portent encore des « empreintes » chimiques laissées par ce processus de refroidissement primordial.

Williams a commencé à rechercher ces empreintes digitales après qu’elle et sa co-auteure Hanika Rizo, professeure agrégée à l’Université Carleton au Canada, se soient rencontrées lors d’une réunion d’automne de l’American Geophysical Union (AGU), un événement annuel qui, à l’époque pré-pandémique, a attiré des dizaines de milliers de scientifiques du monde entier.

Rizo avait précédemment extrait des échantillons de roche de la ceinture supracrustale d’Isua et avait écrit à leur sujet dans une étude de 2011, publiée dans le journal Lettres de science terrestre et planétaire. Dans l’article, elle a noté que les roches portaient certaines signatures chimiques, à savoir des isotopes uniques ou des éléments chimiques avec un nombre variable de neutrons. Williams a lu plus tard le rapport, et ces signatures chimiques ont piqué son intérêt.

« Son article ne contient pas de preuves géologiques directes de l’océan de magma. Mais tant de traceurs chimiques dont elle parle … pointent vraiment dans cette direction générale », a déclaré Williams. S’ils ont étudié les échantillons plus avant, pensa Williams, ils pourraient découvrir un instantané de la terreest un passé fondu. Alors, quand elle a repéré Rizo de l’autre côté de la vaste salle de conférence de l’AGU, « j’ai commencé à courir vers elle, parce que je voulais vraiment parler … de la possibilité de collaborer », a déclaré Williams.

Pour lancer leur collaboration, les scientifiques se sont rendus au laboratoire. Ils ont sélectionné un sous-ensemble de roches volcaniques à partir des échantillons Isua, en choisissant uniquement les plus purs, en termes d’usure qu’ils avaient subie après leur éruption à la surface et leur exposition aux éléments. Ils ont ensuite scié les surfaces exposées des roches, les ont poncées, les ont écrasées en une poudre fine et ont dissous la poudre dans des acides forts.

« Au moment où vous avez terminé, c’est assez incroyable, que quelque chose qui était une roche vraiment dure et dense dans votre main, soit maintenant en fait un petit flacon de liquide dans votre laboratoire », a déclaré Williams. Le traitement des roches de cette manière a permis à l’équipe d’examiner des isotopes, ou des éléments chimiques avec un nombre variable de neutrons, dans les échantillons.

Plus précisément, l’équipe recherchait des isotopes qui se seraient formés lors de la cristallisation des océans magmatiques. Des modèles suggérer que certains restes de ces cristaux auraient été piégés dans le manteau inférieur, près du noyau terrestre, et préservés pendant des milliards d’années. Au fil du temps, ils migreraient à travers le manteau inférieur vers le manteau supérieur, emportant avec eux les « empreintes isotopiques » de l’océan de magma, a déclaré Williams.

Ces empreintes digitales comprennent hafnium et néodyme les isotopes, qui se forment lorsque leurs isotopes parents se désintègrent; cette dégradation se produit selon un schéma spécifique lorsque les isotopes parents sont placés sous des pressions extrêmement élevées, comme celles trouvées dans les profondeurs du manteau inférieur, a déclaré Williams. L’équipe a trouvé ces isotopes uniques dans les échantillons d’Isua, ainsi qu’une forme rare de l’élément tungstène; connu comme une «anomalie du tungstène», ces isotopes inhabituels du tungstène proviennent d’un ancien isotope parent qui n’existait que dans les 45 premiers millions d’années de l’histoire de la Terre, a déclaré Williams.

Au fur et à mesure que ces résidus de cristal se déplaçaient vers le haut du manteau inférieur au manteau supérieur, ils fondaient et se mélangeaient à d’autres roches fondues, créant un effet de marbrure. Ainsi, une fois que cette roche mélangée a percé la croûte, elle a transporté les empreintes isotopiques avec la roche des manteaux supérieur et inférieur; c’était le cas des échantillons Isua. Il existe plusieurs théories sur la façon et les raisons pour lesquelles les cristaux ont migré vers le haut à travers les couches de la Terre, l’une étant que les cristaux ont fondu et recristallisé à plusieurs reprises, devenant de plus en plus concentrés à mesure qu’ils montaient, a déclaré Williams.

Après avoir découvert les traces chimiques des océans magmatiques, « la question que je me pose est de savoir si d’autres roches anciennes sur Terre ont conservé les mêmes signatures », a déclaré Williams. Elle et son équipe commencent à rechercher ces signatures sur des sites du monde entier, à la recherche de sites avec des roches extrêmement anciennes et dans des points chauds modernes pour l’activité volcanique, tels que Hawaï et l’Islande.

« De nombreuses sources de preuves … suggèrent que ces points chauds modernes sont dérivés de la fusion de matériaux vraiment profondément dans la Terre, peut-être même provenant de près de la frontière entre le manteau terrestre et son noyau », a déclaré Williams. Cela signifie que des traces chimiques de l’océan de magma peuvent également se cacher dans ces points chauds, bien que nous ne le sachions pas encore avec certitude, a-t-elle déclaré.

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