Les plus anciens matériaux de la Terre ne sont pas des roches mais de minuscules cristaux de zircon, un minéral inaltérable, qu’aucun processus géologique ne peut détruire. Ils n’atteignent pas un millimètre de long mais ils sont capables de traverser des milliards d’années avec seulement quelques craquelures. Ces cristaux se sont formés quand un magma acide, c’est-à-dire avec plus de 65 % de silice (dioxyde de silicium), a cristallisé. Le résultat a été un granite, où ces zircons étaient des minéraux secondaires. Les minéraux principaux des granites sont les feldspaths, les micas et le quartz. Ce dernier est de la silice cristallisé. Ces roches ont été détruites et il n’en reste plus que ces zircons, dont l’âge va jusqu’à 4,4 milliards d’années. Ils ont été incorporés dans d’autres roches dont l’âge atteint 3 milliards d’années. C’est dedans, à l’ouest de l’Australie, que les géologues les ont trouvés.
La naissance des granites
Ces cristaux nous livrent un nombre étonnant de renseignements. Le seul fait qu’ils soient apparus dans un magma granitique est très intéressant. On considère que la Terre s’est formée il y a 4,57 milliards d’années. Du granite était donc présent seulement 170 millions d’années après sa naissance, or une planète rocheuse comme la Terre possède normalement une croûte de composition basaltique. C’est le cas de Mars, de Vénus et même d’astéroïdes comme Vesta. Ces astres ont un manteau de péridotites, des roches constituées d’olivine, un minéral aussi connu sous le nom de péridot, et de pyroxènes. La fusion partielle de ces roches donne un magma qualifié de basique, avec un taux de silice compris entre 45 et 52 %. Son refroidissement lent, à une certaine profondeur, donne une roche constituée de cristaux visibles à l’œil nu, le gabbro. Son refroidissement rapide, en surface, donne du basalte. Il faut des mécanismes particuliers pour obtenir du granite, qui est le principal constituant de la croûte continentale de la Terre. Les océans ont une croûte gabbro-basaltique.
Sur la Terre actuelle, il existe deux modes de production de granite. Le premier est la fusion partielle du manteau suivie du stockage du magma basique dans une chambre. Avec le temps, il se produit une différenciation donnant un magma acide qui se solidifie en granite. On les qualifie de granites M, comme Manteau, et dans les ouvrages en langue anglaise, de granites I, comme Igneous. Cela peut se produire dans les dorsales océaniques, les points chauds et les zones de subduction où une plaque océanique s’enfonce sous une autre plaque de même nature.
Le second mode de production repose sur la fusion de croûte continentale, processus souvent désigné par le nom d’anatexie, d’un verbe grec signifiant « fondre ». La fusion peut être causée par l’enfoncement et le réchauffement de croûte dans une zone de formation de montagnes comme les Alpes ou l’Himalaya, ainsi que par l’hydratation ou la remontée, entraînant sa décompression, de croûte profonde chaude. L’hydratation du manteau ou de la croûte cause un abaissement du point de fusion des roches et donc la formation de magma. C’est un phénomène très important. Les granites obtenus sont parfois dits de type S, comme Sédimentaires, car les roches qui fondent sont souvent d’anciens sédiments.
Pas de granites sédimentaires
Deux géologues australiens, Antony Burnham et Andrew Berry, ont démontré que les zircons formés dans les premiers âges de la Terre sont apparus dans des granites M. Cela indique qu’il n’existait pas encore de vrai continent et certainement pas de montagnes. Sur une Terre encore jeune, ce n’est pas étonnant, mais auparavant, d’autres géologues ont pensé qu’il pouvait exister des granites S. Pour arriver à cette conclusion, les deux géologues ont étudié, dans des granites très anciens du sud-ouest de l’Australie, le lien entre la composition des zircons et la nature de ces granites (M ou S). Ils ont trouvé que l’on pouvait utiliser la teneur en phosphore des zircons et le rapport entre les teneurs en phosphore et en terres rares (une série d’éléments allant du lanthane ou lutétium).
Cela permet de dresser un visage de la Terre au début de son histoire. Les zircons ont montré qu’elle était recouverte d’eau à partir de 4,4 milliards d’années. Le magma dans lequel ils ont cristallisé était à environ 700 °C, ce qui est une température très basse. Cela montre qu’il était hydraté. Or comme il n’existait pas de continent, la surface de la Terre devait être entièrement sous l’eau et seules des îles volcaniques comme Hawaii (volcan-bouclier créé par un point chaud) émergeaient. C’était une planète océan.
Cette durée de 700 millions d’années comporte l’Hadéen, le premier éon de l’histoire de la Terre, allant de sa naissance jusqu’il y a 4 milliards d’années, et les 130 premiers millions d’années du deuxième éon, l’Archéen.
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A.D. Burham & A.J. Berry, Formation of Hadean granites by melting of igneous crust, Nature Geoscience 10, 2017.
Présentation de l’étude par l’Australian National University le 9 mai 2017 :
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