Des traces d'un ancien océan de magma découvertes au Groenland

Représentation d’une planète recouverte d’un océan de magma en fusion, semblable à ce que la Terre a pu être à ses débuts — © NASA / JPL-Caltech

Les débuts de la Terre se sont révélés assez mouvementés. Alors que l’on estimait que sa surface était autrefois un vaste océan de magma, des chercheurs britanniques ont trouvé des preuves de cette époque reculée.

Des vestiges d’une époque (très) lointaine

Il y a environ 4,5 milliards d’années, le Système solaire était beaucoup plus instable. Des protoplanètes entraient régulièrement en collision, grandissant, fusionnant et rejetant des débris qui deviendraient des lunes. C’est ainsi que notre propre satellite naturel est né alors que la Terre n’était qu’un « bambin » de 115 millions d’années.

On pense que ces cataclysmes réguliers ont fait fondre la surface rocheuse de la planète, créant un océan mondial de magma bouillonnant de plusieurs centaines de kilomètres de profondeur. Lorsque les choses se sont finalement calmées, ce magma s’est refroidi et s’est cristallisé, fixant la structure et la chimie de la Terre et contribuant même à sa première atmosphère. Malheureusement, il est difficile d’étudier cette période du passé de la Terre, car l’activité tectonique tend à « recycler » les roches plus anciennes, les poussant dans le manteau et les faisant fondre.

Dans le cadre de travaux présentés dans la revue Science Advances, des scientifiques de l’université de Cambridge sont parvenus à identifier les empreintes chimiques de cet ancien océan magmatique dans des roches du Groenland datant de quelque 3,7 milliards d’années. Une découverte réalisée dans la ceinture supracrustale d’Isua, région connue pour abriter certaines des plus anciennes roches exposées de notre planète ainsi que la plus ancienne preuve de vie microbienne à l’heure actuelle.

Les analyses chimiques de ces roches ont révélé la présence d’anomalies de tungstène et de certains isotopes du fer, indiquant qu’il s’agissait de restes de cristaux formés lors du refroidissement de l’ancien océan magmatique.

Un long périple

Toutefois, ces cristaux ne sont pas restés à la surface pendant 3,7 milliards d’années : ils ont en fait voyagé jusqu’au centre de la Terre et en sont revenus. Selon l’équipe, ils se seraient enfoncés à plus de 700 kilomètres sous la surface, à la limite entre le manteau et le noyau, où ils seraient restés plusieurs milliards d’années avant d’effectuer le voyage retour en passant par une série d’étapes de fusion et de recristallisation.

Dans un premier temps, ceux-ci auraient migré vers le manteau supérieur, où ils se seraient mélangés à des roches provenant d’autres profondeurs, créant une structure en couches. Ce mélange aurait ensuite été refondu et flotté jusqu’à la surface. Un processus comparable à une « distillation », au cours duquel les roches ont conservé les signatures chimiques de la phase « magmatique » de notre planète.

« Les occasions d’obtenir des témoignages géologiques des événements du premier milliard d’années de la Terre sont rares », explique Helen Williams, auteur principal de l’étude. « Il est étonnant que nous puissions même tenir ces roches dans nos mains – sans parler d’obtenir autant de détails sur l’histoire précoce de notre planète. »

À l’avenir, l’équipe prévoit d’étudier d’autres zones de dépôts de roches anciennes, comme Hawaï, pour déterminer si ces processus se sont produits dans le monde entier ou s’il s’agit d’une anomalie plus rare.

Par Yann Contegat, le 17 mars 2021