La tectonique des plaques implique le mouvement horizontal et l’interaction de grandes plaques à la surface de la Terre. De nouvelles recherches indiquent que la tectonique des plaques mobile, considérée comme nécessaire à la création d’une planète habitable, n’existait pas sur Terre il y a 3,9 milliards d’années. Crédit : illustration de l’Université de Rochester / Michael Osadciw
Une étude de l’université de Rochester, utilisant des cristaux de zircon, a révélé que la tectonique des plaques était inactive pendant la période où la vie est apparue sur Terre. Au lieu de cela, un mécanisme de « couvercle stagnant » fonctionnait, libérant de la chaleur à travers les fissures de la surface. Cette découverte remet en question la croyance traditionnelle selon laquelle la tectonique des plaques est essentielle à l’apparition de la vie, ce qui pourrait modifier notre compréhension des conditions nécessaires à la vie sur d’autres planètes.
Des scientifiques ont remonté le temps pour percer les mystères de l’histoire primitive de la Terre, en utilisant de minuscules cristaux minéraux appelés zircons pour étudier la tectonique des plaques il y a des milliards d’années. Cette recherche met en lumière les conditions qui régnaient sur la Terre primitive, révélant une interaction complexe entre la croûte terrestre, le noyau et l’émergence de la vie.
La tectonique des plaques permet à la chaleur de l’intérieur de la Terre de s’échapper vers la surface, formant des continents et d’autres caractéristiques géologiques nécessaires à l’émergence de la vie. En conséquence, « on a supposé que la tectonique des plaques était nécessaire à la vie », explique John Tarduno, qui enseigne au département des sciences de la terre et de l’environnement de l’université de Rochester. Mais de nouvelles recherches remettent en cause cette hypothèse.
Tarduno, professeur de géophysique William R. Kenan, Jr. Professeur de géophysique, est l’auteur principal d’un article publié dans la revue Nature qui examine la tectonique des plaques il y a 3,9 milliards d’années, époque à laquelle les scientifiques pensent que les premières traces de vie sont apparues sur Terre. Les chercheurs ont constaté qu’il n’y avait pas de tectonique des plaques mobile à cette époque. Au contraire, ils ont découvert que la Terre libérait de la chaleur par le biais de ce que l’on appelle un régime de couvercles stagnants. Les résultats indiquent que si la tectonique des plaques est un facteur clé pour le maintien de la vie sur Terre, elle n’est pas indispensable à l’apparition de la vie sur une planète de type terrestre.
« Nous avons constaté qu’il n’y avait pas de tectonique des plaques au moment où l’on pense que la vie est apparue, et qu’il n’y en avait pas non plus pendant des centaines de millions d’années après », explique M. Tarduno. « Nos données suggèrent que lorsque nous recherchons des exoplanètes abritant la vie, ces planètes ne doivent pas nécessairement présenter une tectonique des plaques.
Sommaire
Un détour inattendu d’une étude sur les zircons
À l’origine, les chercheurs n’avaient pas l’intention d’étudier la tectonique des plaques.
« Nous avons étudié l’aimantation des zircons parce que nous étudiions le champ magnétique terrestre », explique Tarduno.
Les zircons sont de minuscules cristaux contenant des particules magnétiques qui peuvent capter l’aimantation de la Terre à l’époque de leur formation. En datant les zircons, les chercheurs peuvent établir une chronologie du développement du champ magnétique terrestre.
L’intensité et la direction du champ magnétique terrestre varient en fonction de la latitude. Par exemple, le champ magnétique actuel est le plus fort aux pôles et le plus faible à l’équateur. En disposant d’informations sur les propriétés magnétiques des zircons, les scientifiques peuvent déduire les latitudes relatives auxquelles les zircons se sont formés. En effet, si l’efficacité de la géodynamo – le processus qui génère le champ magnétique – est constante et que l’intensité du champ change au cours d’une période, la latitude à laquelle les zircons se sont formés doit également changer.
Mais Tarduno et son équipe ont découvert le contraire : les zircons qu’ils ont étudiés en Afrique du Sud indiquent qu’au cours de la période allant d’environ 3,9 à 3,4 milliards d’années, l’intensité du champ magnétique n’a pas changé, ce qui signifie que les latitudes n’ont pas changé non plus.
Étant donné que la tectonique des plaques inclut les changements de latitude des différentes masses terrestres, Tarduno déclare que « les mouvements tectoniques des plaques ne se produisaient probablement pas à cette époque et qu’il devait y avoir un autre moyen pour la Terre d’évacuer la chaleur ».
Pour étayer leurs conclusions, les chercheurs ont trouvé les mêmes schémas dans les zircons qu’ils ont étudiés dans l’ouest de l’Australie.
« Nous ne disons pas que les zircons se sont formés sur le même continent, mais il semble qu’ils se soient formés à la même latitude immuable, ce qui renforce notre argument selon lequel il n’y a pas eu de mouvement tectonique des plaques à cette époque », explique Tarduno.
La tectonique des couvercles stagnants : une alternative à la tectonique des plaques
La Terre est un moteur thermique, et la tectonique des plaques est en fin de compte la libération de la chaleur de la Terre. Mais la tectonique des couvercles stagnants, qui se traduit par des fissures à la surface de la Terre, est un autre moyen permettant à la chaleur de s’échapper de l’intérieur de la planète pour former des continents et d’autres caractéristiques géologiques.
La tectonique des plaques implique le mouvement horizontal et l’interaction de grandes plaques à la surface de la Terre. Tarduno et ses collègues rapportent qu’en moyenne, les plaques des 600 derniers millions d’années se sont déplacées d’au moins 8 500 kilomètres (5280 miles) en latitude. En revanche, la tectonique des couvercles stagnants décrit le comportement de la couche externe de la Terre comme un couvercle stagnant, sans mouvement actif des plaques horizontales. Au lieu de cela, la couche externe reste en place tandis que l’intérieur de la planète se refroidit. De grands panaches de matériaux en fusion provenant des profondeurs de la Terre peuvent provoquer des fissures dans la couche externe. La tectonique des couvercles stagnants n’est pas aussi efficace que la tectonique des plaques pour libérer la chaleur du manteau terrestre, mais elle peut néanmoins conduire à la formation de continents.
« La Terre primitive n’était pas une planète où tout était mort à la surface », explique M. Tarduno. « Il se passait encore des choses à la surface de la Terre ; nos recherches indiquent qu’elles ne se produisaient pas par le biais de la tectonique des plaques. Le cycle géochimique fourni par les processus de couvercle stagnant était au moins suffisant pour produire des conditions propices à l’apparition de la vie. »
Maintenir une planète habitable
Si la Terre est la seule planète connue à connaître une tectonique des plaques, d’autres planètes, comme Vénus, connaissent une tectonique des couvercles stagnante, explique M. Tarduno.
« Les gens ont tendance à penser que la tectonique des couvercles stagnants ne permettrait pas de construire une planète habitable en raison de ce qui se passe sur Vénus », explique-t-il. « Vénus n’est pas un endroit très agréable à vivre : son atmosphère est composée de dioxyde de carbone écrasant et de nuages d’acide sulfurique. Cela s’explique par le fait que la chaleur n’est pas évacuée efficacement de la surface de la planète ».
Sans la tectonique des plaques, la Terre aurait pu connaître le même sort. Si les chercheurs laissent entendre que la tectonique des plaques a pu commencer sur Terre peu après 3,4 milliards d’années, la communauté des géologues est divisée quant à la date précise.
« Nous pensons que la tectonique des plaques, à long terme, est importante pour évacuer la chaleur, générer le champ magnétique et maintenir l’habitabilité de notre planète », explique Tarduno. « Mais au début, et un milliard d’années plus tard, nos données indiquent que nous n’avions pas besoin de la tectonique des plaques.
Référence : « Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism » par John A. Tarduno, Rory D. Cottrell, Richard K. Bono, Nicole Rayner, William J. Davis, Tinghong Zhou, Francis Nimmo, Axel Hofmann, Jaganmoy Jodder, Mauricio Ibañez-Mejia, Michael K. Watkeys, Hirokuni Oda et Gautam Mitra, 14 juin 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5
L’équipe comprenait des chercheurs de quatre institutions américaines et d’institutions du Canada, du Japon, de l’Afrique du Sud et du Royaume-Uni. La recherche a été financée par la National Science Foundation des États-Unis.