Image dans l’en-tête : Un cristal de zircon avec des inclusions d’impuretés provenant de Stonefield Beach dans le Pacifique. Tiré de Microlabgallery.com.
Le zirconium, messager d’un passé lointain
Les cristaux de zircon (silicate de zirconium ou ZrSiO4) se trouvent à peu près partout sur Terre, aussi bien dans les sédiments que dans les roches volcaniques. C’est très agréable pour les scientifiques pour deux bonnes raisons :
- Ces cristaux sont extrêmement résistants aux intempéries. Ils sont si résistants qu’ils restent inchangés même après avoir été absorbés dans le manteau terrestre avec les roches environnantes, puis ramenés à la surface par les volcans en éruption. Ils sont donc les seuls vestiges plus anciens lorsque toutes les roches environnantes ont complètement disparu sous l’effet de l’activité géologique.
- Elles contiennent généralement des impuretés, de petites inclusions qui renferment des informations sur la croûte terrestre qui a déjà disparu.
En Australie occidentale en particulier – Jack Hills – on a trouvé des cristaux de zircon vieux de plus de 4 milliards d’années. Les roches dans lesquelles ils se trouvaient à l’origine ont pratiquement disparu, de sorte que ces cristaux sont vraiment les plus anciens morceaux de la croûte terrestre encore existants. Ils ont dû se former sous haute pression sous l’action de la tectonique des plaques primitive ou peut-être à la suite de l’impact de grosses météorites. La datation basée sur les rapports uranium-plomb et thorium-plomb a montré que le cristal le plus ancien a 4,404 milliards d’années. À titre de comparaison, la Terre elle-même a 4,56 milliards d’années. Le contenu de ce cristal le plus ancien a fait l’objet d’un examen approfondi. Cela leur a permis d’estimer l’environnement dans lequel le cristal s’est formé, notamment en se basant sur les isotopes de l’oxygène. Les chercheurs ont conclu que le cristal s’est formé « dans un monde d’eau relativement calme avec une température relativement basse ». En d’autres termes, 160 millions d’années seulement après la formation de la Terre, une croûte solide recouverte d’un océan s’était déjà formée. Une couche d’eau liquide dont la température est restée inférieure au point d’ébullition.
Une période turbulente
À l’époque, la Terre était parfois bombardée par des débris provenant de l’espace. Le système solaire était encore en formation et il y avait beaucoup de collisions. De nombreux astéroïdes se trouvaient sur des orbites instables ou sur une trajectoire de collision avec d’autres objets. Des débris volaient un peu partout. Certains impacts ont pu soudainement vaporiser la couche supérieure (100 mètres) des océans, faisant grimper la température de l’air jusqu’à 500 °C. Le refroidissement devait alors recommencer à zéro. Le refroidissement devait alors recommencer. Ce phénomène a été encore plus intense lors de la plus grande collision. Il s’agit de la collision entre la Terre et Théia. On estime que Théia avait la taille de Mars, et cette collision nous a laissé la Lune. Malgré cela, nous pensons que la croûte terrestre et les océans ont pu se reconstituer complètement en 5 millions d’années. Nous reviendrons plus tard sur la formation de la Lune.
La vie aurait-elle pu apparaître à l’époque, dans cette alternance d’océans calmes et de périodes infernales turbulentes ? Les profondeurs marines étaient peut-être un endroit assez stable et sûr. C’est possible, mais nous n’en savons rien. Un rare cristal de zircon de Jack Hills est daté de -4,10 GA (+/-0,01 GA) et contient du carbone graphitique complètement entouré de cristaux intacts. Ce carbone a donc bien été incorporé au cristal à ce moment de la formation. Lorsque tu vas examiner le rapport des istopes 12Cet 13Cdans ce graphite, il s’avère qu’il contient le rapport typique des tissus vivants. C’est donc un bon indice que la vie aurait déjà pu apparaître dans cet océan hadéen. Des organismes unicellulaires simples qui ont pu disparaître à nouveau suite à de gros impacts de météorites, après quoi la vie est réapparue. Autre possibilité : ces cellules ont simplement persisté dans les profondeurs de la mer, formant ainsi les ancêtres de toute la vie actuelle sur Terre. De tels secrets ne peuvent malheureusement pas être révélés dans le cadre d’une recherche sur les cristaux.
Un monde d’eau
Dans tous les cas, il y avait une croûte solide surmontée d’un océan. Les études sur les isotopes divergents le confirment d’ailleurs, comme l’explique très bien le livre de Springer « Young Sun, Early Earth and the Origins of Life » (2012). Au début, la Terre aurait été presque entièrement recouverte d’eau, avec un sommet volcanique ici et là au-dessus de la surface de l’eau. La croûte était donc sous l’eau et entièrement océanique pendant les premières centaines de millions d’années. La croûte continentale étant moins lourde, elle forme au bout d’un certain temps un épais paquet de couches supérieures grattées où la roche replonge dans le manteau. Pendant ce temps, la quantité d’eau a également continué à augmenter en raison du dégazage volcanique de la vapeur d’eau et de l’ajout de débris spatiaux riches en eau ayant subi un impact. Pendant toute l’ère Hadéenne (de -4,56 GA à -3,9 GA), la Terre est donc restée entièrement recouverte par les océans, bien que de nombreux volcans actifs se soient élevés au-dessus de l’eau. Par la suite, les continents ont commencé à devenir de plus en plus grands, mais il a fallu beaucoup de temps avant qu’ils ne soient assez grands pour former des terres sèches au-dessus des mers de plus en plus profondes. Pendant le premier milliard et demi d’années, la superficie des terres est restée beaucoup plus limitée qu’aujourd’hui. Mais par la suite (Protérozoïque et Phanérozoïque), le rapport terre-mer n’était probablement pas très différent des 29 %/71 % actuels. Et c’est tant mieux, car nous verrons plus loin que ce rapport est important pour éviter des fluctuations climatiques trop importantes et dangereuses. C’est l’un des nombreux facteurs pour lesquels l’habitabilité de notre planète a toujours été préservée au cours de ces 4 milliards d’années.
La question de savoir si toute cette eau provenait principalement du dégazage des roches terrestres ou plutôt des millions d’astéroïdes riches en eau et des comètes encore plus riches en eau qui ont heurté la jeune Terre reste un débat scientifique inachevé. De nombreuses preuves suggèrent que les deux sources étaient importantes. Mais pour l’instant, personne ne peut être catégorique sur les proportions exactes.