Une partie de la croûte terrestre a disparu il y a plusieurs millions d'années. Où est-elle passée ?

Le Grand Canyon est une gigantesque bibliothèque géologique, composée de couches rocheuses qui racontent une grande partie de l'histoire de la Terre. Seulement voilà : une importante couche manque à l'appel, représentant entre 250 millions et 1,2 milliard d’années.

Connue sous le nom de Grande discordance, cette immense brèche temporelle se retrouve non seulement dans cette célèbre crevasse, mais aussi un peu partout dans le monde. Dans une couche, il y a la période cambrienne, qui a débuté il y a environ 540 millions d'années et a laissé derrière elle des roches sédimentaires remplies de fossiles témoins d'une vie complexe et multicellulaire. Directement en-dessous, on trouve un socle cristallin exempt de fossiles, qui s'est formé il y a environ un milliard d'années.

Alors, où est passée la roche qui s'est formée entre ces deux périodes ? Sur la base de multiples données, une équipe internationale de géoscientifiques considère que le responsable était sans doute la Terre Boule de Neige, une période hypothétique où une grande partie, sinon la totalité, de notre planète était recouverte de glace.

Selon les scientifiques, par intervalles compris dans ce milliard d'années, jusqu'à un tiers de la croûte terrestre a été scié par les glaciers présents sur la Terre boule de neige. Les sédiments en résultant ont été déversés dans les océans recouverts de neige fondue, où ils ont ensuite été aspirés dans le manteau terrestre par des plaques tectoniques subduites. (À lire : Que se passera-t-il lorsque les plaques tectoniques ne se déplaceront plus ?)

En effet, en de nombreux endroits, la Terre a enterré le témoignage d’environ un cinquième de son histoire géologique. C'est ce qu'affirme l’équipe de scientifiques dans un article publié dans les Actes de la National Academy of Sciences. La notion est élégante mais provocatrice, et les auteurs eux-mêmes prédisent que certains géoscientifiques exprimeront leur scepticisme.

« Je pense cependant que nous disposons de preuves extraordinaires pour étayer cette affirmation extraordinaire », estime le chef de l’étude, C. Brenhin Keller, stagiaire postdoctorant au Centre de géochronologie de Berkeley.

FANTÔMES GÉOCHIMIQUES

Malgré de nombreuses nuances, des discussions et débats, la communauté scientifique accepte de plus en plus l’idée que la Terre ait pu être une « boule de neige » géante il y a environ 700 millions d’années. Et comme ce que nous voyons aujourd'hui en Antarctique, bon nombre des glaciers de cette hypothétique période auraient été de puissants agents d'érosion : la pression sus-jacente de la glace crée des bases humides qui peuvent déplacer les sédiments, malgré des températures extrêmement basses à la surface.

La grande discordance a elle aussi été souvent considérée comme étant un signe d'érosion, mais tous les géologues ne s'accordent pas sur l'idée qu'une si grande portion de la croûte terrestre ait pu être complètement balayée.

Keller a trouvé de nouveaux indices cachés dans d'anciens zircons. Ces minéraux résistent aux conditions géochimiques de leur environnement lorsqu'ils se cristallisent. Les scientifiques peuvent les séparer des milliards d'années plus tard pour découvrir à quoi ressemblait la Terre. 

Plus spécifiquement, ces zircons contiennent divers isotopes radioactifs, sorte de registres terrestres. Les isotopes d'uranium permettent aux chercheurs de connaître les âges de formation des cristaux avec une précision remarquable. D'autres, comme les isotopes d'hafnium, révèlent ce qui se passait dans la croûte et le manteau, certains isotopes préférant un environnement géologique à un autre.

Utilisant une corne d'abondance de zircons, Keller et son équipe ont soigneusement analysé l'évolution géochimique de la croûte terrestre pendant 4,4 milliards d'années. Ils ont constaté qu'un changement géochimique colossal avait eu lieu au début théorisé des glaciations planétaires, ce qui ne peut s'expliquer que si une grande partie de la croûte terrestre était « recyclée » dans de nouveaux réservoirs de magma.

Les isotopes d'oxygène emprisonnés dans ces zircons indiquaient que la croûte avait également subi des modifications hydrothermales à basse température. Il s'agissait donc probablement du sommet de la croûte terrestre - en contact avec de l'eau et de la glace - qui était en train d'être rasé et subduit, et non des matières plus profondes.

Mises bout à bout, ces preuves suggèrent qu'un événement d'érosion gigantesque s'est produit à la surface de la Terre. Bien que cette érosion ne soit pas uniforme, elle équivaut à la disparition d'une couche moyenne de sédiments d'une épaisseur de 3 à 5 km.

SÉRENDIPITÉ AU HASARD DES SÉDIMENTS

Les preuves géochimiques sont nombreuses, mais des discussions fortuites lors d’une récente conférence scientifique ont permis à chaque futur co-auteur de se rendre compte qu’il y avait encore plus à dire.

D'une part, « il y a environ 600 à 700 millions d'années, la Terre a perdu ses cratères », note le co-auteur de l'étude Bill Bottke, spécialiste en sciences planétaires et expert en astéroïdes du Southwest Research Institute à Boulder, dans le Colorado. Certains anciens cratères existent encore sur des noyaux continentaux stables appelés cratons, mais ils sont peu nombreux et espacés. 

L’explication la plus évidente de ce mystère est également un événement érosionnel, mais jusqu’à présent, il était difficile d’en trouver la preuve. Contrairement à de nombreux autres mondes, « la Terre efface vraiment les traces de son passé », explique Bill Bottke. Heureusement, la géochimie de Keller a clairement montré que la Terre boule de neige pouvait être une explication naturelle.

Il y a aussi l'énorme augmentation du taux de sédimentation au début du Cambrien. Tous les nouveaux sédiments ont pris beaucoup d’espace, ce qui n’aurait pas été possible si l’érosion n'avait pas été importante au préalable, déclare le coauteur Thomas Gernon, professeur agrégé de sciences de la Terre à l’Université de Southampton.

Comme le soulignent les chercheurs, l'un des problèmes avec leurs données est qu’il existe encore un décalage de plusieurs millions d’années entre la fin prévue de la Terre boule de neige et le début du Cambrien. Ils ne savent pas pourquoi la formation de nouvelles couches de roche a pris tant de temps après le début de l'érosion.

Bien que cela soit probablement dû à un certain nombre de facteurs, il est possible que l'érosion de la Terre boule de neige ait été si importante qu'il ne reste plus beaucoup de preuves à étudier. La planète devait tout d'abord voir se former de nouvelles terres, et cela prend du temps.

LA THÉORIE DU TOUT

Naturellement, tout ne concorde pas parfaitement, mais le récit de l'étude est « très plausible » et ses arguments sont « plutôt intelligents », déclare Ian Fairchild, professeur émérite de géosciences à l'Université de Birmingham, qui n'a pas pris part à la recherche.

Bottke espère que l'équipe a raison, mais de toute façon, il est heureux que ce document vienne agrémenter le débat sur un vaste mystère géologique.

« Cette conversation participe à motiver la science », dit-il.

Si ces nouveaux éléments étaient vérifiés, les conséquences pourraient être extrêmement importantes. Après tout, cette étude montre que la vie complexe est apparue lorsque le repas gargantuesque de la Terre boule de neige a pris fin. Les glaciers auraient découpé des zones marines peu profondes, semblables à des fjords, qui auraient pu être des refuges pour la vie à mesure que la planète se réchauffait. Cela pourrait également avoir coïncidé avec des changements géochimiques et environnementaux majeurs potentiellement bénéfiques pour l'évolution biologique.

En substance, il est possible que la diversification des animaux multicellulaires soit une conséquence directe d'anciens glaciers anéantissant la croûte terrestre.