Une découverte essentielle pour la connaissance de l’histoire de la Terre vient d’être faite. Elle est divisée en quatre éons. Le premier est l’Hadéen, de 4,57 à 4 Ga (milliards d’années), le deuxième est l’Archéen, de 4 à 2,5 Ga et le troisième est le Protérozoïque, de 2,5 Ga au début du Cambrien il y a 541 millions d’années. La question est de savoir quel visage avait la Terre en ces époques si reculées. On sait les continents n’ont pas toujours existé. La première croûte avait certainement une composition basaltique, comme celle des océans actuels et comme celles de Vénus et de Mars. La croûte continentale résulte d’un « processus de fabrication » continu depuis l’Hadéen, qui se poursuit toujours actuellement, dans les zones de subduction. La taille des continents est donc en train d’augmenter. La croissance est estimée à 2,1 kilomètres cubes de roches par an, mais avec une assez forte incertitude.
Il est donc possible que durant l’Hadéen, environ 170 millions d’années après la formation de la Terre, elle ait eu l’aspect d’une planète océan, dépourvue de continents. La vitesse de croissance des continents durant l’Archéen et le Protérozoïque est mal connue. Plus encore, on n’est pas sûr que ces continents aient tous été émergés. Aujourd’hui, ils sont partiellement sous l’eau. Leurs parties immergées, périphériques, s’appellent les plateaux continentaux. Les parties émergées sont soumises à l’érosion, qui se fait en partie par altération chimique des roches. Des minéraux comme les feldspaths et les micas réagissent avec l’eau et sont transformés en argiles. Les plateaux continentaux ne sont pas érodés, mais sont au contraire des zones de sédimentation. L’érosion est importante, parce qu’elle fait baisser le taux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère et qu’elle apporte des nutriments dans les océans.
Cette étude menée par Ilya Bindeman, de l’Université de l’Oregon, repose sur la mesure des isotopes de l’oxygène des argiles. Cet élément possède trois isotopes stables, qui se ne désintègrent pas par radioactivité. Le plus abondant est l’oxygène 16 : il y en a 99,76 %. Les deux autres sont les oxygènes 17 et 18, un peu plus lourds. Certains processus, telle que la création des argiles, créent un fractionnement isotopique. Ils font varier les proportions des différents isotopes. On sait ainsi que le rapport ¹⁸O/¹⁶O des argiles et des cristaux de zircon, que l’on trouve dans la croûte continentale, augmente brusquement à la fin de l’Archéen. Il décroît à partir du Cambrien. Mais on ignore si ces variations ont été causées par des modifications isotopiques de la croûte continentale, des modifications des eaux de pluie ou des processus d’érosion. Les auteurs de l’étude ont pris en compte l’oxygène 17 et ont analysé 278 échantillons d’argiles couvrant une période de 3,7 Ga. Ils ont observé une variation importante à la limite Archéen-Protérozoïque. C’est l’accroissement des surfaces continentales émergées et l’augmentation de leur altitude qui est l’explication la plus plausible. Cela coïncide à peu près avec la formation du supercontinent Kenorland. On le qualifie de supercontinent bien qu’ait pas eu la superficie de la Rodinia et de la Pangée. Mais sa formation par collision de plusieurs petits continents a fait naître de grandes chaînes de montagnes qui étaient peut-être les premières de l’histoire de la Terre.
Les deux illustrations montrent la Terre à la fin de l’Archéen, il y a un peu plus de 2,5 Ga, et durant le Paléoprotérozoïque (de 2,5 à 1,6 Ga) supérieur et moyen, après la Grande Oxygénation. Durant l’Archéen, les océans sont moins profonds que durant le Paléoprotérozoïque, les continents sont plus petits et plus bas, si bien qu’ils sont en grande partie immergés. L’érosion des roches se fait surtout sur les côtes. La situation change au début du Protérozoïque, avec une érosion provoquée par le ruissellement de l’eau sur des terres émergées bien plus vastes, comportant d’importants reliefs. C’est la naissance du cycle hydrologique moderne. L’érosion a contribué au pompage du dioxyde de carbone de l’atmosphère et à son refroidissement. Elle est en partie responsable des glaciations globales qui se sont produites entre 2,4 et 2,2 Ga. L’augmentation de l’albédo de la Terre a également pu jouer : les surfaces continentales émergées réfléchissent plus la lumière du Soleil que les mers et les océans. Plus l’albédo d’un astre est élevé, plus sa température de surface est basse. L’accumulation de carbone organique sur les marges continentales, due à la vie, a sans doute été un autre facteur.
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I.N. Bindeman et al., Rapid emergence of subaerial landmasses and onset of a modern hydrologic cycle 2.5 billion years ago, Nature 557, 545-548, 23 May 2018.
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