Le 17 janvier 2001 — Les scientifiques dressent un portrait de l’aspect de la Terre peu après sa formation, il y a 4,56 milliards d’années, à partir d’indices contenus dans les plus anciens grains minéraux jamais découverts.
De minuscules zircons (cristaux de silicate de zirconium) trouvés dans d’anciens dépôts de cours d’eau indiquent que la Terre a développé des continents et de l’eau — peut-être même des océans et des environnements dans lesquels la vie microbienne pourrait émerger — il y a 4,3 à 4,4 milliards d’années, remarquablement peu de temps après la formation de notre planète.
Au-dessous : Où les zircons nouvellement découverts s’inscrivent dans l’histoire de la Terre. Image de Dan Brennan.
Les conclusions de deux groupes de recherche, l’un en Australie et l’autre aux États-Unis, suggèrent que « l’eau liquide se stabilise tôt sur les planètes de type terrestre », a déclaré le géologue Stephen Mojzsis, membre de l’équipe de l’Institut d’astrobiologie de la NASA de l’Université du Colorado, Boulder. « Cela augmente la probabilité de trouver de la vie ailleurs dans l’univers » car les conditions propices à la vie peuvent manifestement se développer plus rapidement et plus facilement qu’on ne le pensait.
Cela nous donne également « une nouvelle vision de la Terre primitive, où la Terre s’est refroidie rapidement » après que le gaz et la poussière du système solaire naissant se soient agglomérés pour former des planètes, a déclaré le géologue William Peck, de l’Université Colgate à Hamilton, New York. « Jusqu’à il y a environ 3,9 milliards d’années, des essaims de comètes et de météorites ont frappé la jeune Terre assez souvent pour vaporiser occasionnellement les zones de surface des océans et effacer toute vie qui y résidait. La plus ancienne preuve connue de vie microbienne sur Terre provient des modèles isotopiques du carbone étudiés par Mojzsis et ses collègues dans des sédiments du Groenland vieux de 3,85 milliards d’années.
A présent, les zircons de l’Australie occidentale démontrent que les continents et l’eau existaient il y a 4,3 à 4,4 milliards d’années. « La vie aurait pu avoir l’opportunité de commencer 400 millions d’années plus tôt que ce qui était documenté auparavant », a déclaré Mojzsis.
« La vie pourrait avoir surgi plusieurs fois, seulement pour être fracassée, et elle ne s’installe qu’une fois que les météorites s’amenuisent », a ajouté Peck.
Mojzsis et Peck appartiennent à des équipes de recherche distinctes, l’une qui a trouvé un zircon vieux de 4,4 milliards d’années en 1999 et une autre équipe qui a déterré une paire de zircons vieux de 4,3 milliards d’années l’année dernière dans la même zone de la formation rocheuse de Jack Hills en Australie occidentale. Les deux groupes ont publié leurs études dans le numéro du 11 janvier 2001 de la revue britannique Nature.
Le zircon de 4,4 milliards d’années est « notre plus ancien enregistrement de la croûte la plus ancienne » sur Terre, a déclaré Peck. Ce zircon et les grains de zircon légèrement plus jeunes mesurent environ 250 microns de large — moins d’un centième de pouce.
« Ces zircons sont vraiment passés à la moulinette », a déclaré Peck.
Gauche : la région de Jack Hills en Australie occidentale, où les zircons ont été découverts. Photo par Simon Wilde.
Leur histoire a commencé quelque temps après la formation de la Terre, lorsque « l’eau liquide a interagi avec les roches », a-t-il dit. Cette interaction peut se produire de l’une des trois façons suivantes : lorsque l’eau échange avec les minéraux des roches, lorsque des cristaux se développent à partir de la solution dans les eaux souterraines, ou lorsque des veines minérales sont déposées. L’exposition à l’eau a augmenté le rapport normalement faible des roches entre l’isotope peu commun oxygène-18 et l’isotope plus commun oxygène-16, a-t-il dit.
Plus tard, les roches ont été fondues sous terre — ou peut-être lors d’un bombardement météoritique — et les zircons se sont formés sous forme de cristaux au sein du granite fondu qui se refroidissait pour former une roche solide.
Le granite chargé de zircons a finalement été poussé vers le haut pour former des montagnes, qui ont ensuite été érodées. Le granite a disparu, mais les zircons ont fini par s’immobiliser, il y a 3 milliards d’années, dans des sédiments sableux de cours d’eau australiens. Ces sédiments ont ensuite durci en roches qui ont ensuite été altérées par la chaleur et la pression.
Les deux équipes de recherche ont utilisé des instruments appelés microsondes ioniques pour dater et analyser les cristaux de zircon, qui contiennent souvent de l’uranium, des éléments de terres rares et d’autres impuretés. L’uranium se désintègre en plomb à un rythme connu. Les rapports uranium-plomb dans les zircons ont montré qu’ils se sont formés dès 4,4 milliards à 4,3 milliards d’années lorsqu’ils ont cristallisé dans du granit fondu.
Contrebas : Vue microscopique d’un cristal de zircon (silicate de zirconium) déterminé comme ayant 4,4 milliards d’années. Photo de John W. Valley
La croûte continentale est différente de la croûte qui sous-tend les océans. Le granite est une roche courante dans les continents. Et les zircons cristallisent couramment dans le granite.
Donc, les zircons indiquent que le granite était présent il y a 4,3 à 4,4 milliards d’années, tandis que le granite signifie que les continents existaient à cette époque. Des roches granitiques aussi anciennes n’ont pas été trouvées ; elles ont toutes été érodées par la suite ou recyclées d’une autre manière. Les zircons anciens sont des vestiges survivants du granite crustal des premières années de la Terre.
« Le fait que vous ayez un zircon de 4,4 milliards d’années provenant de granite suggère qu’il devait y avoir la roche de la croûte continentale », a déclaré le géologue Sam Bowring du Massachusetts Institute of Technology.
L’analyse à la microsonde ionique des éléments de terres rares dans les cristaux de zircon a également trouvé des niveaux typiques des roches continentales, a déclaré Peck.
La présence d’eau sur la jeune Terre a été confirmée lorsque les deux groupes ont analysé les zircons pour les isotopes de l’oxygène et ont trouvé la signature révélatrice des roches qui ont été touchées par l’eau : un rapport élevé entre l’oxygène-18 et l’oxygène-16.
En conséquence, « nous savons qu’il y avait de l’eau liquide à un moment donné avant 4,4 milliards d’années », a déclaré Peck. L’eau liquide a dû s’accumuler quelque part, ce qui soulève la possibilité d’océans, a-t-il ajouté.
Il a ajouté qu’il est également probable que les océans existaient car « pour faire des continents, il faut avoir de l’eau. »
Peck a déclaré qu’avant qu’il y ait des océans, des plaques géantes de la croûte terrestre auraient déjà pu commencer à se déplacer et à entrer en collision les unes avec les autres, entraînant de grands blocs de roche à plonger vers le bas dans un processus appelé subduction. Sans les océans, cette roche n’aurait pas pu fondre pour former une roche continentale comme le granit, a-t-il dit.
En bas : Affleurement du type de roche où les zircons ont été découverts. Le marteau montre l’échelle. Photo par Simon Wilde.
Lorsqu’il y avait des océans, cependant, l’eau de mer aurait réagi avec et hydraté la lave éructée par les volcans sous-marins au niveau des dorsales médio-océaniques. La lave se serait ensuite refroidie et aurait formé un nouveau plancher océanique, qui aurait ensuite été subducté. L’eau piégée dans les minéraux de la roche qui s’enfonce a abaissé son point de fusion, déclenchant des éruptions volcaniques qui ont probablement produit des chaînes d’îles constituées de roches granitiques. On pense que ces « arcs insulaires » se sont finalement agglomérés pour former des continents.
« Les océans, l’atmosphère et les continents étaient en place il y a 4,3 milliards d’années », a déclaré Mojzsis.
Selon Peck, les premiers océans pourraient s’être formés à partir d’eau apportée sur Terre par des comètes ou avoir été émis lors des premières éruptions volcaniques de ce qui est devenu les dorsales médio-océaniques.
Les zircons suggèrent que la vie aurait pu exister sur Terre il y a 4,3 milliards d’années, a déclaré Mojzsis, car trois facteurs clés nécessaires à l’installation de la vie étaient présents : l’énergie, la matière organique (provenant de comètes entrantes et de réactions atmosphériques) et — selon les zircons — l’eau liquide.
Crédits : La découverte du zircon de 4,4 milliards d’années a été rapportée par Peck, Simon Wilde de l’Institut de technologie Curtin en Australie, John Valley de l’Université du Wisconsin, Madison, et Colin Graham de l’Université d’Édimbourg au Royaume-Uni. Wilde a trouvé le grain vieux de 4,4 milliards d’années en 1999 en datant des zircons provenant d’une roche collectée en 1984, a précisé Peck. Mojzsis et ses collègues disent avoir trouvé l’an dernier une paire de zircons vieux de 4,3 milliards d’années dans la même zone de la formation rocheuse de Jack Hills, en Australie occidentale. Mojzsis a travaillé avec le géochimiste Mark Harrison de l’Université de Californie, Los Angeles, et Robert Pidgeon de l’Institut de technologie Curtin.