Sur le terrain étudiant l'association rocheuse dans la ceinture de roches vertes de Doolena Gap, 30 km au nord de Marble bar dans la région de Pilbara en Australie occidentale. Crédit :David Murphy, Auteur fourni
La région reculée de Pilbara, au nord de l'Australie-Occidentale, est l'un des plus anciens blocs de croûte continentale de la Terre, et nous pensons maintenant que nous savons comment il s'est formé, comme expliqué dans la recherche publiée aujourd'hui dans Géosciences de la nature .
La région est bien connue pour sa richesse, l'histoire aborigène ancienne s'étendant sur au moins 40, 000 ans. Il dispose également d'un écosystème incroyablement diversifié, avec de nombreuses espèces que l'on ne trouve nulle part ailleurs.
L'architecture de cette ancienne croûte conduit à un paysage distinctif vu d'en haut, avec des éléments ovales de couleur claire qui sont des dômes de granit entourés de ceintures sombres de roches volcaniques et sédimentaires, appelées ceintures de roches vertes.
Cette architecture géologique unique témoigne de l'histoire de notre planète.
Il y a des milliards d'années
La région de Pilbara a commencé à se former il y a plus de 3,6 milliards d'années et nos recherches soutiennent l'idée que ses roches ne se sont pas formées par les processus de la tectonique des plaques que nous voyons aujourd'hui fonctionner.
En tectonique des plaques, la couche la plus externe de la Terre se compose de fragments, des "plaques tectoniques" rigides qui dérivent sur la surface planétaire, interagissant à leurs frontières. Une nouvelle croûte est générée et détruite aux limites des plaques et ce processus est associé à la plupart des activités volcaniques et sismiques actuelles de la Terre.
Les limites des plaques sont généralement composées de segments assez rectilignes, des centaines de kilomètres de long. Observez la longue chaîne de volcans le long de la côte ouest de l'Amérique du Sud.
Photographie d'une formation de fer rubané vieille d'au moins 3,5 milliards d'années montrant une déformation intensive résultant d'un renversement gravitationnel jusqu'à il y a 3,41 milliards d'années. Crédit :Daniel Wiemer, Auteur fourni
Alors pourquoi les roches du Pilbara présentent-elles cette géométrie inhabituelle de granit et de roches vertes ?
Dans nos recherches, nous détaillons comment ces roches se sont formées, décrivant une série d'événements de « renversement gravitationnel » qui ont affecté l'ancienne croûte du Pilbara oriental bien avant le début des processus tectoniques des plaques il y a environ 3,2 milliards d'années.
Renversement gravitationnel
Qu'est-ce qu'un renversement gravitationnel ? La jeune Terre était brûlante. Sa forte teneur en chaleur a entraîné un volcanisme généralisé. Il faisait trop chaud pour les plaques rigides nécessaires au fonctionnement de la tectonique des plaques.
Imaginez que vous récupérez une barre de chocolat oubliée depuis longtemps dans votre poche, qui se plie et s'égoutte sur vos doigts lorsque vous essayez de savourer une collation. (Les assiettes modernes ressemblent à une barre de chocolat froide tout droit sortie du réfrigérateur :elle ne se plie pas et se casse quand on veut un coin.)
La Terre primitive chaude a fait éclater d'épais amas de laves basaltiques qui ont formé une croûte dense à peine soutenue par le manteau sous-jacent. La base de cette croûte refroidissante a subi un réchauffement supplémentaire du manteau chaud en dessous jusqu'à ce qu'elle commence à fondre, générant des magmas granitiques relativement porteurs.
Ce processus a conduit à une stratification instable de l'ancienne proto-croûte :les granites à faible densité étaient recouverts de basaltes à haute densité. En raison de la forte chaleur, les deux couches pourraient se plier et couler, conduisant à l'instabilité.
Les masses granitiques voulaient s'élever et les basaltes voulaient s'enfoncer. Les scientifiques appellent les blobs ascendants « panaches » et le processus de réorganisation « renversement gravitationnel ».
Un paysage accidenté formé au-dessus des ceintures de roches vertes déformées dans la ceinture de roches vertes de Doolena Gap, 30 km au nord de Marble bar. Crédit :David Murphy, Auteur fourni
Dans la Terre primitive, avec ses températures élevées et sa croûte moelleuse, les granites se sont élevés à travers la croûte où il a formé une croûte stable et flottante, tandis que la plus grande partie de la croûte de basalte dense s'enfonçait dans le manteau. Ce processus est conservé dans le Pilbara sous forme de dômes de granit de forme ovale et les restes préservés de la croûte de basalte sous forme de ceintures de roches vertes.
Le paysage aujourd'hui
Au nord de Marble Bar, en regardant des tissus de roche, nous avons découvert les restes du plus ancien renversement gravitationnel enregistré dans le Pilbara. Les roches intensément déformées conservent des traces de l'ascension d'un panache granitique ascendant et de la descente associée de la croûte volcanique dense.
Nos observations de terrain, des analyses géochimiques et des modèles thermodynamiques démontrent que les roches collectées à partir de la marge du dôme représentent un magma à haute teneur en silice qui a fondu à l'origine à une profondeur d'environ 42 km avant de cristalliser sous forme de granites à 20 km.
La datation à l'uranium et au plomb du zircon en laboratoire a révélé que ces roches se sont cristallisées il y a de 3,6 à 3,5 milliards d'années.
Les roches intensément cisaillées à la limite du dôme ascendant et des roches volcaniques descendantes contiennent un minéral métamorphique, titanite, formé lors du renversement gravitationnel.
Nous avons daté plusieurs de ces grains minéraux et ils ont en moyenne 3,42 milliards d'années.
En datant les associations de roches de renversement pré- et post-gravitationnelles, nous avons pu limiter sa durée à une période de 40 millions d'années.
Image d'électrons rétrodiffusés de la titanite prise au Central Analytical Research Facility, QUT. Les deux images supérieures sont des images magmatiques primaires qui ont subi une déformation et une altération lors du renversement gravitationnel. Les deux images inférieures sont de la titanite métamorphique qui s'est formée lors du renversement gravitationnel. Les formes rectangulaires dans l'image en bas à droite sont des fosses laser du processus de datation. Crédit :Lana Wenham, Auteur fourni
En combinant nos recherches avec les travaux publiés d'autres géologues, il semble que le Pilbara ait connu au moins trois renversements gravitationnels séparés par des intervalles de 100 millions d'années.
Après le renversement final il y a 3,2 milliards d'années, le bloc crustal de Pilbara était finalement suffisamment robuste et flottant pour survivre à la tectonique des plaques qui perdure encore jusqu'à aujourd'hui.
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Nous supposons que la cyclicité des événements de retournement dans le Pilbara est l'équivalent ancien du cycle de Wilson de 500 à 600 millions d'années, un cycle complet de croûte depuis la formation jusqu'à la destruction dans le style tectonique des plaques existant depuis 3,2 milliards d'années.
Le Pilbara continue d'inspirer les scientifiques du monde entier à trouver des réponses à l'une des grandes questions de l'humanité :comment la nature a-t-elle fourni la plate-forme pour l'évolution éventuelle de la vie ?
Nous prévoyons de tester l'idée de cycles de renversement anciens caractéristiques ailleurs dans le Pilbara et sur d'autres continents où la croûte ancienne est préservée.
Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original. 
