Les scientifiques proposent une nouvelle théorie de la formation des continents

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State suggère que les cratons, les anciennes structures qui stabilisent les continents terrestres, se sont formés il y a environ 3 milliards d’années grâce à des processus initiés par l’altération atmosphérique des roches, et pas seulement par l’émergence de masses terrestres stables. Cela remet en question les visions traditionnelles et a des implications pour la compréhension de l’évolution planétaire et des conditions propices à la vie.

D’anciennes et vastes étendues de croûte continentale, connues sous le nom de cratons, ont stabilisé les continents terrestres pendant des milliards d’années grâce à des changements dans les masses terrestres, à la formation de montagnes et au développement des océans. Les scientifiques de Penn State ont proposé un nouveau mécanisme qui pourrait expliquer la formation des cratons il y a environ 3 milliards d’années, mettant ainsi en lumière une question de longue date dans l’histoire géologique de la Terre.

Des scientifiques mentionnés dans le magazine nature Les continents n’ont peut-être pas émergé des océans de la Terre sous la forme d’une masse continentale stable, leur particularité étant une croûte supérieure riche en granit. Au lieu de cela, l’exposition de roches fraîches au vent et à la pluie il y a environ 3 milliards d’années a déclenché une série de processus géologiques qui ont finalement stabilisé la croûte, lui permettant de survivre pendant des milliards d’années sans être détruite ou réinitialisée.

Les scientifiques ont déclaré que ces résultats pourraient représenter une nouvelle compréhension de la manière dont évoluent les planètes potentiellement habitables de type Terre.

Implications pour l’évolution planétaire

« Pour créer une planète comme la Terre, vous devez créer une croûte continentale et stabiliser cette croûte », a déclaré Jesse Remink, professeur adjoint de sciences de la Terre à Penn State et auteur de l’étude. « Les scientifiques pensaient qu’il s’agissait de la même chose : les continents se sont stabilisés puis ont émergé au-dessus du niveau de la mer. Mais ce que nous disons, c’est que ces processus sont distincts.

Les scientifiques ont déclaré que les cratons s’étendent sur plus de 150 kilomètres, ou 93 miles, de la surface de la Terre jusqu’au manteau supérieur, où ils agissent comme la quille d’un bateau, maintenant les continents flottants au niveau de la mer ou à proximité tout au long des temps géologiques.

L’altération peut éventuellement concentrer des éléments producteurs de chaleur tels que l’uranium, le thorium et le potassium dans la croûte peu profonde, permettant ainsi à la croûte plus profonde de se refroidir et de se solidifier. Ce mécanisme a créé une couche épaisse et solide de roche qui aurait pu protéger les fonds des continents d’une déformation ultérieure, une caractéristique distinctive des cratons, ont indiqué les scientifiques.

Processus géologiques et production de chaleur

« La recette pour fabriquer et stabiliser la croûte continentale consiste à concentrer ces éléments producteurs de chaleur – qui peuvent être considérés comme des mini-moteurs thermiques – près de la surface », a déclaré Andrew Smee, professeur adjoint de géosciences à Penn State et auteur de l’ouvrage. étude. Stady. « Il faut le faire à chaque fois atome L’uranium, le thorium ou le potassium se désintègrent, libérant de la chaleur qui peut augmenter la température de la croûte terrestre. Le placage chaud est instable, il est sujet à la déformation et ne restera pas en place.

Lorsque le vent, la pluie et les réactions chimiques ont détruit les roches des premiers continents, les sédiments et les minéraux argileux ont dérivé dans les ruisseaux et les rivières et ont été transportés vers la mer où ils ont créé des dépôts sédimentaires semblables à du schiste contenant de fortes concentrations d’uranium, de thorium et de potassium. . Les scientifiques ont dit.

Ces anciennes roches métamorphiques appelées gneiss, trouvées sur la côte arctique, représentent les racines des continents aujourd’hui exposés à la surface. Les scientifiques ont déclaré que les roches sédimentaires intercalées dans ces types de roches fourniraient un moteur thermique pour stabiliser les continents. Crédit : Jesse Remink

Les collisions entre plaques tectoniques ont enfoui ces roches sédimentaires profondément dans la croûte terrestre, où la chaleur radiative des schistes a fait fondre la croûte inférieure. Le matériau en fusion flotterait et remonterait vers la croûte supérieure, emprisonnant les éléments producteurs de chaleur dans des roches comme le granit et permettant à la croûte inférieure de se refroidir et de se solidifier.

On pense que les cratons se sont formés il y a entre 3 et 2,5 milliards d’années, une époque où les éléments radioactifs tels que l’uranium se désintégraient à un rythme environ deux fois plus rapide, dégageant deux fois plus de chaleur qu’aujourd’hui.

Remink a déclaré que les travaux soulignent que l’époque à laquelle les cratons se sont formés au début de la Terre du Milieu était particulièrement adaptée aux processus qui auraient pu conduire à leur stabilité.

« Nous pouvons considérer cela comme une question d’évolution planétaire », a déclaré Remink. « L’émergence de continents relativement tôt dans leur vie pourrait être l’un des ingrédients clés dont vous avez besoin pour créer une planète comme la Terre. Parce que vous allez créer des dépôts radioactifs très chauds et produire une région très stable de croûte continentale qui vit près du niveau de la mer. , qui constitue un environnement idéal pour la propagation de la vie. »

Les chercheurs ont analysé les concentrations d’uranium, de thorium et de potassium dans des centaines d’échantillons de roches de l’ère archéenne, lorsque les cratons se sont formés, pour évaluer la productivité de la chaleur radiative sur la base des compositions réelles des roches. Ils ont utilisé ces valeurs pour créer des modèles thermiques de formation de cratons.

« Auparavant, les gens étudiaient et étudiaient les effets de l’évolution de la production de chaleur rayonnante au fil du temps », a déclaré Smay. « Mais notre étude relie la production de chaleur basée sur les roches à l’émergence des continents, à la génération de sédiments et à la différenciation de la croûte continentale. »

Les cratons, que l’on trouve généralement à l’intérieur des continents, contiennent certaines des roches les plus anciennes de la Terre, mais ils restent difficiles à étudier. Dans les zones tectoniquement actives, la formation d’une ceinture de montagnes peut faire remonter à la surface des roches enfouies profondément dans la Terre.

Mais les origines des cratons restent profondément souterraines et inaccessibles. Les scientifiques ont déclaré que les travaux futurs comprendraient l’échantillonnage de l’intérieur ancien des cratons et peut-être le forage d’échantillons de carottes pour tester leur modèle.

« Ces roches sédimentaires métamorphiques qui ont fondu et produit du granit concentré d’uranium et de thorium sont comme des enregistreurs de vol à boîte noire qui enregistrent la pression et la température », a déclaré Smay. « Si nous pouvons ouvrir ces archives, nous pourrons tester les prédictions de notre modèle sur le trajet de la croûte continentale. »

Référence : « Continents stabilisés par altération subaérienne » par Jesse R. Remink et Andrew J. Sami, le 8 mai 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07307-1

Penn State et la National Science Foundation des États-Unis ont financé ce travail.