De nouvelles recherches menées par l'Université de Cambridge ont trouvé des preuves rares - conservées dans la chimie d'anciennes roches du Groenland - qui racontent une époque où la Terre était presque entièrement en fusion.

L'étude, publié dans la revue Avancées scientifiques , renseigne sur une période importante de la formation de notre planète, lorsqu'une mer profonde de magma incandescent s'étendait sur la surface de la Terre et s'étendait sur des centaines de kilomètres à l'intérieur.

C'est le refroidissement et la cristallisation progressifs de cet « océan magmatique » qui ont déterminé la chimie de l'intérieur de la Terre, une étape déterminante dans l'assemblage de la structure de notre planète et la formation de notre atmosphère primitive.

Les scientifiques savent que des impacts catastrophiques lors de la formation de la Terre et de la Lune auraient généré suffisamment d'énergie pour faire fondre l'intérieur de notre planète. Mais nous ne savons pas grand-chose de cette phase lointaine et enflammée de l'histoire de la Terre car les processus tectoniques ont recyclé presque toutes les roches de plus de 4 milliards d'années.

Aujourd'hui, des chercheurs ont trouvé les restes chimiques de l'océan de magma dans des roches vieilles de 3,6 milliards d'années du sud-ouest du Groenland.

Les résultats soutiennent la théorie de longue date selon laquelle la Terre était autrefois presque entièrement en fusion et ouvrent une fenêtre sur une époque où la planète a commencé à se solidifier et à développer la chimie qui régit désormais sa structure interne. La recherche suggère que d'autres roches à la surface de la Terre peuvent également conserver des preuves d'anciens océans de magma.

"Il y a peu d'occasions d'obtenir des contraintes géologiques sur les événements du premier milliard d'années de l'histoire de la Terre. Il est étonnant que nous puissions même tenir ces roches entre nos mains, sans parler d'obtenir autant de détails sur les débuts de l'histoire de notre planète, " a déclaré l'auteur principal, le Dr Helen Williams, du Département des sciences de la Terre de Cambridge.

L'étude associe l'analyse chimique médico-légale à la modélisation thermodynamique à la recherche des origines primitives des roches du Groenland, et comment ils sont arrivés à la surface.

A première vue, les roches qui composent la ceinture supracrustale d'Isua au Groenland ressemblent à n'importe quel basalte moderne que vous pourriez trouver sur le fond marin. Mais cet affleurement, qui a été décrit pour la première fois dans les années 1960, est la plus ancienne exposition de roches sur Terre. Il est connu pour contenir les premières preuves de la vie microbienne et de la tectonique des plaques.

La nouvelle recherche montre que les roches d'Isua conservent également des preuves rares qui sont même antérieures à la tectonique des plaques - les résidus de certains des cristaux laissés lors du refroidissement de cet océan de magma.

"C'était une combinaison de quelques nouvelles analyses chimiques que nous avons faites et des données précédemment publiées qui nous ont signalé que les roches d'Isua pourraient contenir des traces de matériel ancien. Les isotopes de hafnium et de néodyme étaient vraiment alléchants, parce que ces systèmes isotopiques sont très difficiles à modifier - nous avons donc dû examiner leur chimie plus en détail, " a déclaré le co-auteur Dr Hanika Rizo, de l'Université Carleton.

La systématique isotopique du fer a confirmé à Williams et à l'équipe que les roches d'Isua provenaient de parties de l'intérieur de la Terre qui se sont formées à la suite de la cristallisation du magma océanique.

La majeure partie de cette roche primitive a été mélangée par convection dans le manteau, mais les scientifiques pensent que certaines zones isolées en profondeur à la limite manteau-noyau - d'anciens cimetières de cristal - peuvent être restées intactes pendant des milliards d'années.

Ce sont les reliques de ces cimetières de cristal que Williams et ses collègues ont observés dans la chimie de la roche d'Isua. "Ces échantillons avec l'empreinte du fer ont également une anomalie de tungstène - une signature de la formation de la Terre - ce qui nous fait penser que leur origine peut être retracée à ces cristaux primitifs, ", a déclaré Williams.

Mais comment ces signaux du manteau profond ont-ils trouvé leur chemin jusqu'à la surface ? Leur composition isotopique montre qu'ils n'ont pas été simplement canalisés par la fusion à la limite noyau-manteau. Leur voyage était plus tortueux, impliquant plusieurs étapes de cristallisation et de refusion, une sorte de processus de distillation. Le mélange de cristaux anciens et de magma aurait d'abord migré vers le manteau supérieur, où il a été brassé pour créer un « gâteau de marbre » de roches de différentes profondeurs. La fonte ultérieure de cet hybride de roches est ce qui a produit le magma qui a alimenté cette partie du Groenland.

Les découvertes de l'équipe suggèrent que les volcans hotspots modernes, dont on pense qu'ils se sont formés relativement récemment, peut en fait être influencé par des processus anciens.

« Les signaux géochimiques que nous rapportons dans les roches du Groenland présentent des similitudes avec les roches qui ont éclaté à partir de volcans de hotspot comme Hawaï. " a déclaré le Dr Oliver Shorttle, qui est basé conjointement au Département des sciences de la Terre et à l'Institut d'astronomie de Cambridge.

Les découvertes de l'équipe sont issues d'un projet financé par Deep Volatiles, un programme de recherche de 5 ans financé par le NERC. Ils prévoient maintenant de poursuivre leur quête pour comprendre l'océan magmatique en élargissant leur recherche d'indices dans les roches anciennes et en modélisant expérimentalement le fractionnement isotopique dans le manteau inférieur.

"Nous avons été en mesure de découvrir ce qu'une partie de l'intérieur de notre planète faisait il y a des milliards d'années, mais pour compléter le tableau, nous devons continuer à chercher d'autres indices chimiques dans les roches anciennes, ", a déclaré le co-auteur, le Dr Simon Matthews de l'Université d'Islande.

Les scientifiques ont souvent été réticents à rechercher des preuves chimiques de ces événements anciens. "Les preuves sont souvent altérées par le temps. Mais le fait que nous ayons trouvé ce que nous avons fait suggère que la chimie d'autres roches anciennes peut fournir des informations supplémentaires sur la formation et l'évolution de la Terre - et c'est extrêmement excitant, ", a déclaré Williams.