Découverte : la tectonique des plaques aurait commencé il y a 3,2 milliards d'années

Dans le paysage désolé de l'ouest de l'Australie, un affleurement rocheux vieux de plus de trois milliards d'années offre aux géologues un regard sans précédent sur les prémices mouvementés de notre planète. Ces roches, qui comptent parmi les plus anciennes au monde, renferment ce qui pourrait être la plus ancienne preuve directe du mouvement des plaques tectoniques.

Les roches se sont formées lorsque le magma est remonté à la surface de la Terre pour arriver dans un océan aujourd'hui disparu, se refroidissant et durcissant en une masse bulbeuse. Comme cela a été documenté dans une nouvelle étude parue dans Science Advances, les signatures magnétiques préservées dans la roche suggèrent que les roches de la région étaient en mouvement il y a 3,2 milliards d'années à des vitesses similaires à celle des plaques tectoniques modernes - près d'un demi-milliard d'années plus tôt que ce que l'on pensait.

« C'est la preuve la plus importante que nous puissions obtenir [du mouvement précoce de plaques] » explique la géochimiste Annie Bauer de l'Université du Wisconsin-Madison, qui n'a pas pris part à la nouvelle étude.

Aujourd'hui, les plaques tectoniques terrestres se déplacent et migrent continuellement - un processus qui forme des montagnes, sculpte des bassins et entraîne des éruptions volcaniques. Ces mouvements ont sculpté une variété de niches écologiques, notamment des évents hydrothermaux au fond des mers et des mares d'eau bouillante à la surface - des environnements qui auraient été propices à la formation de la vie sur Terre.

« En reconstituant l'histoire de la tectonique des plaques, nous participons à reconstituer notre propre histoire originelle », explique l'auteur principal de l'étude, Alec Brenner, doctorant à l'université d'Harvard.

À LA RECHERCHE DE ROCHES ANCIENNES

Notre planète s'est formée à partir d'un nuage tourbillonnant de gaz et de poussières il y a environ 4,5 milliards d'années. Aux origines, il y faisait très chaud. Des océans de roche en fusion brillaient à sa surface et les volcans crachaient probablement de la lave dans les airs. Mais la Terre a rapidement commencé à se refroidir et, sur des dizaines de millions d'années, la surface s'est durcie pour former une croûte.

Les scientifiques supposent que cette croûte primitive était une sorte de capsule enveloppant la planète, similaire à celle que l'on observe à la surface de Mars aujourd'hui. À un moment donné - les estimations varient entre environ quatre milliards à un milliard d'années - cette capsule s'est fracturée en un vaste puzzle planétaire, des morceaux s'écrasant les uns sur les autres et entraînant des roches soit vers l'intérieur du manteau terrestre, soit vers le ciel. La tectonique des plaques était née.

On en sait cependant très peu sur la période et la façon dont cette transition a eu lieu. La tectonique des plaques recycle continuellement la roche terrestre, faisant fondre la croûte et draguant la lave fraîche, ce qui efface les traces d'un passé géologique lointain. « Fondamentalement, la première moitié de l'histoire de la Terre n'est représentée aujourd'hui que par environ 5 % des roches de surface », explique Alec Brenner.

De nombreuses études sur la tectonique des plaques primitive infèrent le mouvement en identifiant des indices chimiques comme la composition de minéraux anciens qui redirige vers la formation dans des zones de subduction - où une plaque tectonique plonge sous une autre. Mais pour tracer le mouvement des plaques, les scientifiques doivent utiliser d'autres mesures telles que les signatures magnétiques préservées dans les roches.

En 2016, le paléomagnétiste Roger Fu a commencé à étudier les cartes de l'Australie à la recherche de roches anciennes dans lesquelles il pourrait utiliser ces empreintes magnétiques pour mesurer directement la dérive précoce de la croûte terrestre. Roger Fu et un collègue ont finalement jeté leur dévolu sur un site : le basalte Honeyeater, dans l'ouest australien, où ils se sont rendus à l'été 2017, Brenner et Fu pour traquer des roches vieilles de 3,2 milliards d'années.

Une centaine de carottes de roches plus tard, ils avaient scrupuleusement noté la position et l'orientation de chacune et les combinant avec plus d'une centaine d'échantillons précédemment collectés. De retour en laboratoire, ils ont analysé les signatures magnétiques de chaque échantillon. Ces signatures, encodées en minéraux riches en fer, pointent comme de minuscules aiguilles de boussoles au fur et à mesure de leur cristallisation.

Après avoir pris en compte les changements de position de la roche depuis sa formation - un processus connu sous le nom de test de pliage - les aiguilles des boussoles géologiques étaient toutes alignées, suggérant une véritable signature magnétique de la roche ancienne. 

LES PRÉMICES DE LA TECTONIQUE DES PLAQUES

L'équipe a comparé la position calculée à un affleurement rocheux analysé à proximité, légèrement plus ancien et renfermant une signature magnétique antérieure. L'analyse a révélé que la croûte se déplaçait d'environ 2,5 centimètres chaque année au moment où ces roches se sont formées.

Ce taux « serait totalement ordinaire pour une tectonique des plaques comme celle que nous connaissons pour la Terre moderne », dit Brenner.

La découverte suggère qu'un peu plus d'un milliard d'années après la formation de notre planète, la tectonique des plaques avait déjà potentiellement commencé.

Cependant, les preuves provenant de cet emplacement ne signifient pas nécessairement que les plaques se déplaçaient partout dans le monde, précise Brenner. La tectonique des plaques a probablement commencé par à-coups, la croûte terrestre se brisant et se déplaçant dans certaines zones à la fois.

« C'était sans doute un processus inégal », explique Bauer, qui a récemment publié une étude documentant les débuts inégaux des premiers mouvements des plaques.

Le mécanisme à l'origine de ce mouvement précoce n'est pas clair non plus, explique le paléomagnétiste John Geissman de l'Université du Texas à Dallas, qui n'a pas pris part à la nouvelle étude. Une force majeure derrière les mouvements des plaques modernes est le tiraillement de plaques rocheuses qui plongent dans le manteau terrestre dans les zones de subduction. Mais d'autres processus pouvaient exister il y a des milliards d'années, comme la montée de panaches de magma forçant les roches à se séparer en surface.

Si ces premiers remous il y a 3,2 milliards d'années marquent bel et bien les débuts de la tectonique des plaques, ils indiquent un début remarquablement précoce pour le barattage géologique terrestre, point pivot dans l'évolution de la vie telle que nous la connaissons. 

En comprenant les origines de la tectonique des plaques, « vous pouvez essayer de déterminer quand ont eu lieu les événements qui ont marqué le développement de la vie sur notre planète », explique le géochimiste Val Finlayson de l'Université du Maryland, qui n'a pas pris part à l'étude.

Pour ce faire, les scientifiques continuent de parcourir la planète à la recherche de signes de mouvements anciens. 

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.