Un signe de tectonique des plaques dès 3,2 milliards d’années

Vue en coupe de la Terre primitive il y a 3 à 4 milliards d'années
Vue en coupe de la Terre primitive dépeignant la formation d’un bloc de croûte continentale émergeant de l’océan il y a 3 à 4 milliards d’années. © Alec Brenner, Harvard University, CC-BY

Des roches antédiluviennes nous décrivent comment les surfaces solides naissantes de la Terre primitive pratiquaient déjà, voici 3,2 milliards d’années, des pas de danse similaires à la tectonique des plaques qui agite notre planète aujourd’hui.

Surgis de l’océan global enveloppant la jeune Terre durant ces temps très lointains que l’on nomme Archéen, entre 4 et 2,5 milliards d’années (Ga), les blocs continentaux primitifs, dits cratons, subsistent de nos jours, au nombre de 35, préservés au sein des continents modernes. Dans un de ces cratons, niché dans la région de Pilbara en Australie-Occidentale, qui renfermerait également parmi les premières traces de vie sur la terre ferme, il y a 3,5 Ga, une équipe de géologues de Harvard, de Yale et de l’université technologique du Michigan aurait à présent débusqué les plus anciens indices de mouvement des plaques tectoniques.

L’annonce provient de l’analyse du paléomagnétisme, c’est-à-dire de l’enregistrement du champ magnétique terrestre ancien, dans des minéraux contenus dans des roches volcaniques du craton de Pilbara. En élucidant le déplacement de ces roches au cours du temps à l’aide des informations disponibles sur d’autres ensembles géologiques adjacents, les chercheurs ont décroché une preuve que la tectonique des plaques avait déjà cours voici 3,2 Ga, du moins de façon intermittente si ce n’était de façon continue.

Ce bloc de croûte continentale s’est déplacé d’environ 2,5 cm par an entre 3,35 et 3,18 milliards d’années.

Publié dans Science Advances, ce résultat repousse de 400 millions d’années les plus anciens soupçons de tectonique des plaques, identifiés jusque-là à 2,8 Ga.

Carte décrivant la géologie du craton de Pilbara, en Australie-Occidentale
Carte décrivant la géologie du craton de Pilbara, en Australie-Occidentale, un ancien morceau de continent âgé de 2,5 à 3,5 milliards d’années. En vert sont représentés des champs de lave anciens. © Alec Brenner, Harvard University. Map data from the Geological Survey of Western Australia, CC-BY

Voyage au centre de l’Archéen

Pièce maîtresse dans la métamorphose du visage de la Terre, la tectonique des plaques a contribué à la rendre hospitalière en jouant au puzzle avec les surfaces continentales plus ou moins étendues, capables d’accueillir des espèces vivantes mais aussi de moduler le climat du fait de l’érosion chimique des sols exposés à l’air libre, de la différence d’albédo de surface, c’est-à-dire de la portion d’énergie solaire réfléchie, entre les masses terrestres et l’océan, ou encore des effets de leur présence sur la circulation atmosphérique et océanique. De plus, comme l’explique Roger Fu, chercheur en sciences de la terre à Harvard et coauteur de la publication, dans un communiqué de presse, « la tectonique des plaques fait circuler des éléments nécessaires à la vie », comme le carbone, l’oxygène ou l’azote, entre la croûte et le manteau.

Afin de remonter aux balbutiements de ce processus géologique si fondamental pour notre planète, les deux principaux auteurs de l’étude, Roger Fu et Alec Brenner, également géologue à Harvard, et leurs collègues ont jeté leur dévolu sur le craton de Pilbara, un vieux morceau de continent âgé de 2,5 à 3,5 Ga mesurant environ 480 km de long. Les chercheurs ont travaillé sur 235 échantillons extraits par forage de plusieurs sites de ce craton où un terrain basaltique, appelé Honeyeater Basalt, affleure en surface.

Carte des sites de prélèvements d'échantillons
Les échantillons de roches volcaniques appartenant à la formation géologique du Honeyeater Basalt (en vert) ont été prélevés en cinq points dans un affleurement inclus dans l’unité géologique nommée Soanesville (SVA à SVE) et en deux points dans un autre affleurement au sein de l’unité géologique nommée East Strelley (ESA et ESB). Tous ces ensembles géologiques font partie intégrante du craton de Pilbara, lui-même situé en Australie-Occidentale. © Alec Brenner et al., Science Advances, 2020

De ces roches volcaniques formées vers 3,2 Ga, les géologues ont pu extraire l’orientation du champ magnétique de l’époque, resté fossilisé dans les cristaux de magnétite qu’elles contiennent, et déterminer ainsi les coordonnées approximatives du craton de Pilbara : il devait se situer alors à une latitude d’environ 44°. Pour référence, il repose aujourd’hui à une latitude de 21°S. D’après ScienceNews, les auteurs ne précisent pas dans quel hémisphère il résidait autrefois, car comme on le sait, la planète a connu plusieurs inversions de ses pôles magnétiques dans le passé, mais on ignore dans quelle configuration ils se trouvaient à la date de 3,2 Ga dont il est ici question.

Une masse continentale primitive en mouvement

En mettant en parallèle leur résultat avec les latitudes déterminées pour d’autres unités géologiques d’âges légèrement différents appartenant au craton de Pilbara, les chercheurs établissent que ce bloc de croûte continentale a bougé d’environ 0,23° par million d’années, ce qui équivaut à un déplacement horizontal de 2,5 cm par an entre 3,35 et 3,18 Ga, autrement dit sur une période de 170 millions d’années.

« Cela parle en faveur d’une Terre qui ressemblait beaucoup plus à celle d’aujourd’hui que ce qu’un grand nombre de gens pensent. »

Un tel mouvement serait la manifestation d’un phénomène comparable à la tectonique des plaques que nous connaissons actuellement. La vitesse de déplacement du craton de Pilbara à cette époque rentre d’ailleurs dans les clous par rapport à celle des plaques lithosphériques contemporaines, allant de un à une dizaine de centimètres par an.

« Il semble que la tectonique des plaques soit un processus très susceptible de s’être produit sur la Terre primitive et cela parle en faveur d’une Terre qui ressemblait beaucoup plus à celle d’aujourd’hui que ce qu’un grand nombre de gens pensent », soutient Alec Brenner dans le communiqué de Harvard. Il ajoute que cette étude peut également nous éclairer sur la géologie des planètes extrasolaires : « Avec un peu de chance, cela nous donnera une idée de la facilité avec laquelle une tectonique des plaques peut survenir sur d’autres mondes », avec tout ce que cela implique en termes de régulation du climat et de développement de la vie.

Sources