La couche externe de la Terre est composée de plaques géantes qui broient ensemble, glissant ou plongeant les uns sous les autres, provoquant des tremblements de terre et des volcans. Ces plaques se séparent également au niveau des crêtes des montagnes sous-marines, où la roche en fusion se répand depuis le centre des bassins océaniques.

Mais cela n'a pas toujours été le cas. Au début de l'histoire de la Terre, la planète était recouverte d'une seule coquille parsemée de volcans, un peu comme la surface de Vénus aujourd'hui. Alors que la Terre se refroidissait, cette coquille a commencé à se plier et à se fissurer, créant finalement le système terrestre de tectonique des plaques.

Selon de nouvelles recherches, la transition vers la tectonique des plaques a commencé à l'aide de sédiments lubrifiants, gratté par les glaciers des pentes des premiers continents de la Terre. Alors que ces sédiments se sont accumulés le long des jeunes côtes du monde, ils ont contribué à accélérer le mouvement des failles de subduction nouvellement formées, où une plaque océanique plus mince plonge sous une plaque continentale plus épaisse.

La nouvelle étude, publié le 6 juin 2019 dans la revue La nature , est le premier à suggérer un rôle des sédiments dans l'émergence et l'évolution de la tectonique globale des plaques. Michel Brown, professeur de géologie à l'Université du Maryland, co-auteur du document de recherche avec Stephan Sobolev, professeur de géodynamique au Centre de recherche allemand GFZ pour les géosciences à Potsdam.

Les résultats suggèrent que la lubrification des sédiments contrôle la vitesse à laquelle la croûte terrestre broie et se désagrège. Sobolev et Brown ont découvert que deux grandes périodes de glaciation mondiale, qui a entraîné des dépôts massifs de sédiments lavés par les glaciers, chacun a probablement provoqué une augmentation ultérieure du taux mondial de tectonique des plaques.

L'épisode le plus récent de ce type a suivi la "Terre boule de neige" qui s'est terminée il y a environ 635 millions d'années, résultant en le système tectonique des plaques moderne de la Terre.

"La Terre n'a pas toujours eu de tectonique des plaques et n'a pas toujours progressé au même rythme, " a déclaré Brown. " Il a traversé au moins deux périodes d'accélération. Il existe des preuves suggérant que la tectonique a également ralenti à un rythme relatif pendant près d'un milliard d'années. Dans chaque cas, nous avons trouvé un lien avec l'abondance relative - ou la rareté - des sédiments glaciaires. »

Tout comme une machine a besoin de graisse pour que ses pièces se déplacent librement, la tectonique des plaques fonctionne plus efficacement avec la lubrification. Bien qu'il puisse être difficile de confondre la consistance granuleuse de l'argile, limon, sable et gravier avec une graisse glissante, l'effet est en grande partie le même à l'échelle continentale, dans les fosses océaniques où se rencontrent les plaques tectoniques.

"La même dynamique existe lors du forage de la croûte terrestre. Vous devez utiliser de la boue - une argile très fine mélangée à de l'eau ou de l'huile - car l'eau ou l'huile seules ne fonctionneront pas aussi bien, " a déclaré Brown. " Les particules de boue aident à réduire la friction sur le foret. Nos résultats suggèrent que les plaques tectoniques ont également besoin de ce type de lubrification pour continuer à bouger."

Des recherches antérieures sur la côte ouest de l'Amérique du Sud ont été les premières à identifier une relation entre la lubrification des sédiments et le frottement le long d'une faille de subduction. Au large des côtes du nord du Chili, un manque relatif de sédiments dans la tranchée de faille crée une friction élevée lorsque la plaque océanique de Nazca plonge sous la plaque continentale d'Amérique du Sud. Cette friction a contribué à pousser les plus hauts sommets des Andes centrales vers le ciel alors que la plaque continentale s'écrasait et se déformait.

En revanche, plus au sud, il y a une charge sédimentaire plus élevée dans la tranchée, résultant en moins de friction. Cela a causé moins de déformation de la plaque continentale et, par conséquent, créé de plus petits sommets de montagne. Mais ces résultats étaient limités à une zone géographique.

Pour leur étude, Sobolev et Brown ont utilisé un modèle géodynamique de la tectonique des plaques pour simuler l'effet de la lubrification des sédiments sur le taux de subduction. Pour vérifier leur hypothèse, ils ont vérifié les corrélations entre les périodes connues de glaciation généralisée et les données précédemment publiées qui indiquent la présence de sédiments continentaux dans les océans et les tranchées. Pour cette étape, Sobolev et Brown se sont appuyés sur deux principaux éléments de preuve :la signature chimique de l'influence des sédiments continentaux sur la chimie des océans et les indicateurs de contamination des sédiments dans les volcans liés à la subduction, un peu comme ceux qui composent le "cercle de feu" d'aujourd'hui autour de l'océan Pacifique.

Selon l'analyse de Sobolev et Brown, la tectonique des plaques a probablement émergé sur Terre il y a entre 3 et 2,5 milliards d'années, à l'époque où les premiers continents de la Terre ont commencé à se former. Cette période coïncide également avec la première glaciation continentale de la planète.

Une poussée majeure de la tectonique des plaques s'est ensuite produite il y a entre 2,2 et 1,8 milliards d'années, suite à une autre ère glaciaire mondiale qui a entraîné des quantités massives de sédiments dans les tranchées de failles aux bords des continents.

Le prochain milliard d'années, de 1,75 milliard à 750 millions d'années, a vu une réduction globale du taux de tectonique des plaques. Cette étape de l'histoire de la Terre était si calme, comparativement parlant, qu'il a valu le surnom de « milliard ennuyeux » parmi les géologues.

Plus tard, suite à la glaciation mondiale de la « Terre boule de neige » qui s'est terminée il y a environ 635 millions d'années, le plus grand événement d'érosion de surface dans l'histoire de la Terre peut avoir nettoyé plus d'un mile vertical d'épaisseur de la surface des continents. Selon Sobolev et Brown, lorsque ces sédiments ont atteint les océans, ils ont lancé la phase moderne de la tectonique des plaques active.

Le document de recherche, "Les événements d'érosion de surface ont contrôlé l'évolution de la tectonique des plaques sur Terre, " Stephan Sobolev et Michael Brown, a été publié dans la revue La nature le 6 juin, 2019.