Une nouvelle étude menée par des scientifiques de la Scripps Institution of Oceanography de l'UC San Diego et de l'Université de Chicago met en lumière un débat très controversé en sciences de la Terre :quand la subduction des plaques a-t-elle commencé ?

Selon les résultats publiés le 9 décembre dans le journal Avancées scientifiques , ce processus aurait pu commencer il y a 3,75 milliards d'années, remodeler la surface de la Terre et préparer le terrain pour une planète accueillante à la vie.

Pour les géochimistes comme le professeur adjoint Scripps et auteur principal de l'étude Sarah Aarons, les indices de l'habitabilité la plus ancienne de la Terre se trouvent dans les éléments dont les roches anciennes sont composées, en particulier le titane. Aarons a analysé des échantillons des plus anciennes roches connues de la Terre provenant du complexe de gneiss d'Acasta dans la toundra canadienne, un affleurement de gneiss vieux de 4,02 milliards d'années. Ces roches sont datées de l'éon Hadéen, qui a commencé au début de la formation de la Terre et a été définie par des conditions infernales sur une planète qui semblerait étrangère à nos yeux modernes.

Les recherches d'Aarons se sont concentrées sur les isotopes, qui sont des variations du même élément en fonction du nombre de neutrons qu'ils ont. Prenant les échantillons d'Acasta Gneiss fournis par Jesse Reimink, professeur assistant à la Penn State University, elle a broyé des morceaux de roche en une poudre qui a ensuite été chauffée pour former une perle de verre, un procédé qui permet la dissolution du titane qu'elle cherchait à analyser. Une fois refroidi, la bille a été dissoute dans de l'acide et le titane a été séparé chimiquement des autres éléments. Aarons a ensuite pu déterminer les variations des isotopes du titane présents dans l'échantillon à l'aide d'un spectromètre de masse dans le laboratoire Origins dirigé par son collaborateur Nicolas Dauphas à l'Université de Chicago.

Aarons a comparé ces échantillons à des échantillons plus récents, roches modernes formées dans les zones de subduction. Dans des échantillons âgés de 3,75 milliards d'années, elle a remarqué des similitudes de structure et de composition avec les modernes, suggérant que la subduction des plaques a commencé à cette époque.

"Beaucoup de travaux antérieurs ont été effectués sur ces roches pour les dater soigneusement, et fournir le contexte géochimique et pétrologique, " a déclaré Aarons. " Nous avons eu beaucoup de chance d'avoir l'opportunité de mesurer les compositions isotopiques du titane, un système isotopique en plein essor dans ces échantillons."

L'étude de l'histoire et de l'apparition des anciennes zones de subduction est notoirement difficile. Les roches sont constamment détruites à mesure que la croûte est enfoncée dans le manteau, laissant quelques échantillons qui remontent à l'histoire la plus ancienne de la Terre. Les scientifiques ont longtemps débattu du début de la tectonique des plaques et de la subduction, avec des estimations allant de 0,85 à 4,2 milliards d'années, soit plus des deux tiers de l'histoire de la planète. Découvrir quand la subduction des plaques a commencé signifie déterminer quand la Terre est passée d'une planète dominée par des masses continentales transitoires traversant la surface des océans à une planète composée de continents à longue durée de vie où les cycles biogéochimiques à long terme sont contrôlés par le dégazage volcanique et le recyclage à l'intérieur de la Terre.

La subduction des plaques se produit lorsque la croûte océanique et la croûte continentale entrent en collision. Parce que la croûte continentale est plus épaisse et moins dense, la croûte océanique est poussée vers le bas dans le manteau terrestre, à un rythme moyen de quelques centimètres chaque année. Ce contact avec le manteau crée des zones suffisamment chaudes pour que le magma s'échappe à la surface, créant des volcans tels que le mont St. Helens et d'autres trouvés le long du Pacific Rim.

La tectonique des plaques et les zones de subduction sont responsables de l'apparence de la Terre, entraînant la création de plaques continentales et de bassins qui se rempliraient pour devenir des océans. Ils sont également le principal contrôle sur les caractéristiques chimiques de la surface de la planète, et sont probablement responsables de la capacité de la Terre à maintenir la vie. Ces zones tectoniques sont responsables de la formation des continents émergés et assurent un contrôle important du climat en régulant les quantités de dioxyde de carbone à effet de serre dans l'atmosphère.

Dans des échantillons de roche vieux de quatre milliards d'années, Aarons a vu des similitudes avec les roches modernes qui se forment dans des panaches, comme Hawaï et l'Islande, où une masse continentale dérive au-dessus d'un point chaud. Cependant, dans des roches âgées de 3,75 milliards d'années, elle a remarqué un changement de tendance vers les roches qui se forment dans les zones de subduction modernes, suggérant qu'à cette époque de l'histoire de la Terre, ces zones ont commencé à se former.

« Bien que la tendance des données sur les isotopes du titane ne fournisse pas la preuve que la tectonique des plaques se produisait à l'échelle mondiale, il indique la présence de magmatisme humide, qui supporte la subduction en ce moment, " dit Aarons.