Les montagnes terrestres ont mystérieusement cessé de croître pendant un milliard d'années

Si vous pouviez explorer la surface de la Terre un milliard d'années en arrière, vous remarqueriez probablement qu'il n'y a justement pas grand-chose à remarquer : pas d'arbres ni d'oiseaux, ni même d'insectes. Une seule forme de vie, simple et petite, une soupe océanique visqueuse.

D'après une nouvelle étude parue dans Science, un autre élément viendrait s'ajouter à la liste des grands absents : nos vertigineuses montagnes.

Les infatigables plaques tectoniques de la Terre telles que nous les connaissons sont en mouvement permanent, un ballet au ralenti qui ne cesse de refaçonner la surface de notre planète. Les collisions entre les continents épaississent la croûte et dressent les montagnes, comme la chaîne de l'Himalaya qui n'en finit plus de s'élever. (À lire : L'Everest est 86 centimètres plus haut que ce que l'on pensait)

Cela dit, des indices gravés dans de minuscules cristaux de zircon formés dans les entrailles de la Terre suggèrent que la tectonique des plaques n'a pas toujours fonctionné de la même façon. Il y a entre 1,8 et 0,8 milliard d'années, pendant la période dite du Milliard ennuyeux, les continents semblent s'être progressivement amincis. L'origine exacte de cet amincissement continental est inconnue, mais là où il était le plus prononcé, la terre était trois fois moins épaisse qu'elle ne l'est aujourd'hui. D'après les chercheurs, ce changement pourrait avoir été en partie responsable d'un ralentissement de la tectonique des plaques.

Les chercheurs suggèrent également que cette croûte amincie aurait retardé l'évolution de la vie telle que nous la connaissons. La nature chétive des montagnes aurait ralenti l'érosion des roches de la planète, ce qui aurait limité l'afflux de nutriments essentiels à la vie pour les créatures océaniques.

« À l'époque, c'était la famine dans les océans, » indique Ming Tang, géochimiste à l'université de Pékin, en Chine, et auteur principal de la nouvelle étude. Une fois l'épaisseur des continents revenue à la normale, un déferlement de nutriments aurait favorisé l'évolution de la vie vers des formes toujours plus grandes et complexes.

« Cet article soulève plus de questions qu'il n'apporte de réponses, » déclare Christopher Spencer, géochimiste spécialiste de la tectonique des plaques à l'université Queen's, au Canada. Mais dans l'ensemble, dit-il, il pourrait servir de « tremplin » pour mieux comprendre le fonctionnement de notre monde moderne.

LIRE LA ROCHE

Tang analysait des roches granitiques de l'Himalaya dans le sud du Tibet lorsqu'il a remarqué la curieuse structure de leurs cristaux du minéral zircon. Ces minuscules capsules temporelles se forment lors du refroidissement du magma à l'intérieur de la Terre et enregistrent l'empreinte chimique des anciennes conditions de notre planète ; en outre, elles sont presque indestructibles. Les chercheurs ont trouvé du zircon qui s'était formé peu de temps après la naissance de la Terre il y a près de 4,4 milliards d'années.

Tang a remarqué que les caractéristiques chimiques des cristaux de zircon retrouvés dans les échantillons tibétains évoluaient en phase avec l'épaisseur continentale à l'époque de la formation de leur roche mère.

Auparavant, les scientifiques s'appuyaient sur les quantités relatives des éléments lanthane et ytterbium dans les roches pour déterminer l'épaisseur continentale, explique Tang. Cependant, il est difficile d'utiliser la roche même pour sonder le passé car très peu de roches complètes ont survécu depuis la formation de la Terre, ce qui laisse des lacunes dans l'histoire géologique.

« C'est comme lire un roman dont les trois quarts des pages ont été arrachées, » explique Peter Cawood, géologue de l'université Monash, en Australie, qui  n'a pas pris part à la nouvelle étude. En revanche, l'éternelle qualité des zircons permet aux scientifiques d'entrevoir une histoire nettement plus complète du passé de notre planète.

Avec son équipe, Tang a mis au point une nouvelle façon d'utiliser les zircons pour estimer l'épaisseur continentale : ils ont découvert que la quantité de l'élément europium contenue dans les cristaux évoluait en phase avec l'épaisseur mesurée grâce aux précédentes méthodes basées sur la composition chimique des roches.

Après avoir publié leur nouveau modèle l'année dernière dans la revue Geology, Tang et son équipe ont décidé de mettre en pratique leur nouvel outil. Ils ont accumulé les données issues d'études précédentes sur les zircons du monde entier (plus de 14 000 au total) et ont analysé les variations chimiques au fil du temps. Ils ont alors fait une étonnante découverte : un amincissement prononcé de la croûte pendant la période dit du Milliard ennuyeux.

« On ne s'y attendait pas, » admet Tang. L'amincissement coïncide avec la disparition de nombreux autres marqueurs de la formation des montagnes anciennes précédemment identifiés dans la chronique géologique. La teneur en strontium, associée à l'érosion, a radicalement basculé. De même, les éléments molybdène et uranium ont presque totalement disparu des roches marines. Enfin, les roches riches en phosphore se sont faites plus rares.

« Tout cela peut être expliqué par notre modèle avec des continents nettement plus plats, » déclare Tang.

COMME UN GÂTEAU

Bien que le processus exact à l'origine de ce nivellement de la croûte reste incertain, Tang et ses collègues suggèrent que la transformation aurait pu en partie provenir du ralentissement de la tectonique des plaques. Sans ce mécanisme pour les aider dans leur ascension, les montagnes se seraient progressivement aplaties à mesure que le vent et l'eau érodaient leurs roches.

L'équipe suggère que ce ralentissement aurait été provoqué par un changement de la façon dont la chaleur était distribuée à la surface de la Terre au cours du Milliard ennuyeux, alors que les continents étaient en grande partie regroupés en un seul supercontinent.

Le supercontinent Columbia a commencé à se former il y a 2,1 milliards d'années. Puis, après un réarrangement mineur, le supercontinent Rodinia lui a succédé il y a environ 1,2 milliard d'années avant de se disloquer près d'un demi-milliard d'années plus tard. Pendant plus d'un éon, une masse de terre quasi ininterrompue a recouvert une grande partie de la planète, retenant la chaleur profondément sous la surface.

Tang suggère que l'excès de chaleur sous le supercontinent aurait également produit un refroidissement sous la croûte océanique, ce qui aurait affecté la progression de la tectonique des plaques.

Cependant, comme le fait remarquer Spencer de l'université Queen's, l'hypothèse d'un ralentissement de la tectonique des plaques n'est pas totalement cohérente avec la chronique géologique. Même si les plaques n'avançaient pas à grandes enjambées à travers le globe, il y avait tout de même une activité magmatique ; et pour cause, près de 40 % de l'Amérique du Nord s'est formée pendant cette période. Si l'on tire un trait entre le sud de la Californie et la région canadienne du Labrador, tout ce qui est au sud-est s'est formé il y a 1,8  à 1 milliard d'années, explique Spencer, et cela n'a pas pu se produire sans remuer activement la tectonique.

Hormis la question d'un ralentissement des plaques tectoniques, l'idée de l'effet couverture du supercontinent soulève une autre possibilité : l'excès de chaleur en profondeur aurait pu affaiblir les roches sus-jacentes. Un tel phénomène se serait traduit par un aplanissement en surface, car les roches chaudes ne peuvent pas soutenir de hautes chaînes de montagnes.

« C'est un peu comme un gâteau au beurre, » illustre Cawood, en référence à une spécialité gastronomique du Missouri. Tant que la structure du sucre reste froide, elle conserve sa forme. Si on réchauffe le gâteau, il suinte.

« Je pense que c'est là le point fondamental de l'étude, » indique Spencer. Peut-être que l'amincissement de la croûte n'est pas tant dû à l'apaisement des mouvements tectoniques qui élèvent les montagnes, mais à un changement dans le fonctionnement de ces processus.

L'excès de chaleur combiné à l'amincissement de la croûte pourrait expliquer la formation d'une série de roches inhabituelles au cours des collisions qui ont donné naissance à Rodinia, indique Andrew Smye, géologiste spécialisé dans les roches métamorphiques à l'université d'État de Pennsylvanie qui n'a pas pris part à l'étude. Ces roches semblent s'être formées à des températures plus chaudes que la normale pour leur profondeur, mais une croûte chaude et amincie pourrait expliquer ce phénomène.

Même si Tang soutient que le relâchement de la tectonique et l'amincissement de la croûte ont probablement joué un rôle, il n'en est pas moins conscient qu'il y a encore beaucoup à apprendre sur le comportement de notre planète à cette époque lointaine. Le travail de son équipe ne fait qu'accentuer le mystère du Milliard ennuyeux et souligne un point déjà abordé par certains scientifiques dans le passé : cette période n'était peut-être pas si monotone.

« Je ne pense pas que c'était ennuyeux. Ce n'était ni calme ni inactif, » déclare Cawood, qui préfère parler de « Moyen-Âge » géologique. Quoi qu'il en soit, pour lui le terme utilisé n'a pas d'importance : ce qui compte, c'est que la période était remarquablement différente.

« Il y a clairement quelque chose d'intéressant à étudier, » conclut Smye.

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