Les premiers 1,5 milliard d'années de l'évolution de la Terre sont soumis à une incertitude considérable en raison de l'absence de tout enregistrement rocheux significatif avant il y a quatre milliards d'années et d'un enregistrement très limité jusqu'à il y a environ trois milliards d'années. Les roches de cet âge sont généralement considérablement modifiées, ce qui rend les comparaisons avec la roche moderne assez difficiles. Dans une nouvelle recherche menée à LSU, les scientifiques ont trouvé des preuves montrant que les komatiites, roche volcanique vieille de trois milliards d'années trouvée dans le manteau terrestre, avaient une composition différente des modernes. Leur découverte pourrait offrir de nouvelles informations sur le premier milliard d'années de développement de la Terre et les premières origines de la vie. Les résultats des travaux de l'équipe ont été publiés dans l'édition d'octobre 2017 de Géosciences de la nature .

La recherche fondamentale est venue de plus de trois décennies de scientifiques de LSU étudiant et cartographiant les montagnes Barberton en Afrique du Sud. L'équipe de recherche, y compris les professeurs de géologie LSU Gary Byerly et Huiming Bao, docteur en géologie Keena Kareem, et le chercheur de LSU Benjamin Byerly, ont effectué des analyses chimiques de centaines de roches de komatiite échantillonnées dans une dizaine de coulées de lave.

"Les premiers travailleurs avaient mal cartographié de vastes zones en supposant qu'elles étaient corrélatives à la formation Komati beaucoup plus célèbre dans la partie sud des montagnes. Nous avons reconnu cette erreur et avons commencé une étude détaillée des roches pour prouver nos interprétations basées sur la cartographie, " a déclaré Gary Byerly.

Dans les rochers, ils ont découvert des minéraux originaux appelés olivine fraîche, qui avait été conservé dans des détails remarquables. Bien que le minéral se trouve rarement dans les roches soumises au métamorphisme et à l'altération de surface, l'olivine est le constituant majeur du manteau supérieur de la Terre et contrôle la nature du volcanisme et de la tectonisme de la planète. En utilisant des compositions de ces minéraux frais, les chercheurs avaient précédemment conclu qu'il s'agissait des laves les plus chaudes à avoir jamais éclaté à la surface de la Terre avec des températures proches de 1600 degrés centigrades, qui est environ 400 degrés plus chaud que les éruptions modernes à Hawaï.

« Découvrir de l'olivine fraîche non altérée dans ces laves anciennes a été une découverte remarquable. Le travail sur le terrain a été merveilleusement productif et nous étions impatients de retourner au laboratoire pour utiliser la chimie de ces cristaux d'olivine préservés pour révéler des indices du manteau archéen, " dit Kareem

Les chercheurs suggèrent qu'une partie de l'océan de magma de la Terre primitive est peut-être préservée dans les minéraux d'environ 3,2 milliards d'années.

"La Terre moderne montre peu ou pas de preuves de cet océan de magma précoce parce que la convection du manteau a largement homogénéisé la stratification produite dans l'océan de magma. Les isotopes de l'oxygène dans ces olivines fraîches soutiennent l'existence d'anciens morceaux de l'océan de magma gelé. Des roches comme ce sont très rares et scientifiquement précieux.Une prochaine étape évidente était de faire des isotopes de l'oxygène, " dit Byerly.

Cette étude est née des travaux menés dans le laboratoire de LSU pour l'étude des isotopes de l'oxygène, une installation de classe mondiale qui attire des scientifiques des États-Unis et des institutions internationales pour un travail collaboratif. Les résultats de l'étude étaient si inhabituels qu'il a fallu des précautions supplémentaires pour être certains des résultats. Huiming Bao, qui est également le chef du laboratoire des isotopes de l'oxygène de LSU, a déclaré que l'équipe triple et quadruple vérifié les données en exécutant avec différents minéraux de référence et en calibrant avec d'autres laboratoires indépendants.

"Nous avons tenté de concilier les résultats avec certaines des explications conventionnelles pour les laves avec des compositions d'isotopes d'oxygène comme celles-ci, mais rien ne pouvait expliquer pleinement toutes les observations. Il est devenu évident que ces roches préservent les signatures de processus qui se sont produits il y a plus de quatre milliards d'années et qui ne sont toujours pas complètement compris, ", a déclaré Benjamin Byerly.

Les isotopes de l'oxygène sont mesurés par la conversion de roches ou de minéraux en un gaz et en mesurant les rapports d'oxygène avec les différentes masses de 16, 17, et 18. Une variété de processus fractionnent l'oxygène sur Terre et dans le système solaire, y compris atmosphérique, hydrosphérique, biologique, et haute température et pression.

"Différentes planètes de notre système solaire ont des rapports isotopiques d'oxygène différents. Sur Terre, cela est modifié par l'atmosphère de surface et l'hydrosphère, les variations pourraient donc être dues soit à un manteau hétérogène (accumulation originelle de débris planétaires ou de restes de magma océanique) soit à des processus de surface, " dit Byerly. " L'un ou l'autre pourrait être intéressant à étudier. Ce dernier, car il fournirait également des informations sur la température initiale de la surface de la Terre et les premières origines de la vie. »