La vie est née du « manteau stagnant », et non de la tectonique des plaques

Une étude de l’Université de Rochester, utilisant des cristaux de zircon, a révélé que les plaques tectoniques étaient inactives pendant la période où la vie est apparue pour la première fois sur Terre. Au lieu de cela, un mécanisme de « bouchon stagnant » fonctionnait, libérant de la chaleur à travers les fissures de surface. Cette découverte remet en question la croyance traditionnelle selon laquelle la tectonique des plaques est essentielle à l’origine de la vie et remodèle potentiellement notre compréhension des conditions nécessaires à la vie sur d’autres planètes.

Les scientifiques ont fait un voyage dans le temps pour percer les mystères de l’histoire des débuts de la Terre, en utilisant de minuscules cristaux minéraux appelés zircons pour étudier la tectonique des plaques il y a des milliards d’années. La recherche met en lumière les conditions qui existaient au début de la Terre, 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 les continents et d’autres caractéristiques géologiques nécessaires à l’émergence de la vie. En conséquence, « il y avait une hypothèse selon laquelle la tectonique des plaques est essentielle à la vie », explique John Tarduno, professeur au Département des sciences de la Terre et de l’environnement à l’Université de Rochester. Mais de nouvelles recherches remettent en question cette hypothèse.

Tarduno, professeur de géophysique au William R. Keenan Jr., qui est l’auteur principal d’un article publié dans la revue. nature Étudiez la tectonique des plaques il y a 3,9 milliards d’années, lorsque les scientifiques pensent que les premières traces de vie sont apparues sur Terre. Les chercheurs ont découvert qu’aucun mouvement de plaque tectonique mobile ne se produisait pendant cette période. Au lieu de cela, ils ont découvert que la Terre libère de la chaleur à travers ce que l’on appelle un système de manteau stagnant. Les résultats indiquent que bien que la tectonique des plaques soit un facteur clé pour la continuation de la vie sur Terre, ce n’est pas une condition pour l’émergence de la vie sur une planète semblable à la Terre.

« Nous avons découvert qu’il n’y avait pas de tectonique des plaques lorsque la vie a été imaginée pour la première fois, et qu’il n’y a pas eu de tectonique des plaques pendant des centaines de millions d’années après cela », a déclaré Tarduno. « Nos données suggèrent que lorsque nous recherchons des exoplanètes qui abritent la vie, les planètes n’ont pas nécessairement besoin de la tectonique des plaques. »

Un revirement inattendu de l’étude sur le zircon

À l’origine, les chercheurs n’avaient pas pour objectif d’étudier la tectonique des plaques.

« Nous étudions la magnétisation des zircons parce que nous étudions le champ magnétique terrestre », explique Tarduno.

Les zircons sont de minuscules cristaux contenant des particules magnétiques capables de piéger l’aimantation de la Terre au moment de la formation des zircons. En datant les zircons, les chercheurs peuvent créer une chronologie pour suivre l’évolution du champ magnétique terrestre.

La force et la direction du champ magnétique terrestre changent en fonction de la latitude. Par exemple, le champ magnétique actuel est plus fort aux pôles et plus faible à l’équateur. Armés d’informations sur les propriétés magnétiques des zircons, les scientifiques peuvent déduire les latitudes relatives auxquelles les zircons se sont formés. Autrement dit, si l’efficacité de la géodynamo – le processus qui génère le champ magnétique – est constante et que l’intensité du champ change sur une période, alors 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 ont indiqué qu’il y a 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 implique des changements de latitude pour différentes masses terrestres, dit Tarduno, « il est probable que les mouvements tectoniques des plaques ne se soient pas produits pendant cette période et il doit y avoir un autre moyen d’évacuer la chaleur de la Terre ».

Pour renforcer leurs découvertes, les chercheurs ont trouvé les mêmes motifs dans les zircons qu’ils ont étudiés en Australie occidentale.

« Nous ne disons pas que les zircons se sont formés sur le même continent, mais ils semblent s’être formés à la même latitude inchangée, ce qui renforce notre argument selon lequel il n’y avait pas de tectonique des plaques à cette époque », a déclaré Tarduno.

La tectonique des calottes stagnantes : une alternative à la tectonique des plaques

La Terre est un moteur thermique et la tectonique des plaques est en fin de compte le dégagement de chaleur de la Terre. Mais la stagnation tectonique du manteau – qui se traduit par des fissures à la surface de la Terre – est un autre moyen de permettre 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 entre 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 (5 280 milles) de latitude. En revanche, la tectonique du manteau stagnant décrit comment la couche la plus externe de la Terre se comporte comme un manteau stagnant, sans mouvement horizontal actif des plaques. Au lieu de cela, la couche externe reste en place pendant que l’intérieur de la planète se refroidit. De grands panaches de matériaux en fusion s’élevant profondément à l’intérieur de la Terre peuvent provoquer une fracture de la couche externe. Le mouvement tectonique du manteau stagnant n’est pas aussi efficace que le mouvement des plaques tectoniques pour libérer la chaleur du manteau terrestre, mais il conduit toujours à la formation des continents.

« La Terre primitive n’était pas une planète où tout était mort à la surface », explique Tarduno. Il se passait encore des choses à la surface de la terre ; Nos recherches indiquent qu’elles ne se produisaient pas par la tectonique des plaques. Nous avions au moins assez de cycles géochimiques fournis par les processus de calotte stagnante pour produire des conditions propices à l’origine de la vie. »

Préserver une planète habitable

Alors que la Terre est la seule planète connue à avoir connu la tectonique des plaques, d’autres planètes telles que[{ » attribute= » »>Venus, experience stagnant lid tectonics, Tarduno says.

“People have tended to think that stagnant lid tectonics would not build a habitable planet because of what is happening on Venus,” he says. “Venus is not a very nice place to live: it has a crushing carbon dioxide atmosphere and sulfuric acid clouds. This is because heat is not being removed effectively from the planet’s surface.”

Without plate tectonics, Earth may have met a similar fate. While the researchers hint that plate tectonics may have started on Earth soon after 3.4 billion years, the geology community is divided on a specific date.

“We think plate tectonics, in the long run, is important for removing heat, generating the magnetic field, and keeping things habitable on our planet,” Tarduno says. “But, in the beginning, and a billion years after, our data indicates that we didn’t need plate tectonics.”

Reference: “Hadaean to Palaeoarchaean stagnant-lid tectonics revealed by zircon magnetism” by 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 and Gautam Mitra, 14 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06024-5

The team included researchers from four US institutions and institutions in Canada, Japan, South Africa, and the United Kingdom. The research was funded by the US National Science Foundation.