La Terre comprend un noyau, manteau et croûte externe. Crédit :Shutterstock
La Terre est une planète incroyable. Pour autant que nous sachions, c'est la seule planète de l'univers où la vie existe. C'est aussi la seule planète connue pour avoir des continents :les masses terrestres sur lesquelles nous vivons et qui abritent les minéraux nécessaires pour soutenir nos vies complexes.
Les experts débattent encore vigoureusement de la formation des continents. Nous savons que l'eau était un ingrédient essentiel pour cela - et de nombreux géologues ont proposé que cette eau proviendrait de la surface de la Terre via des zones de subduction (comme c'est le cas actuellement).
Mais nos nouvelles recherches montrent que cette eau serait en fait venue des profondeurs de la planète. Cela suggère que la Terre dans sa jeunesse s'est comportée très différemment de ce qu'elle fait aujourd'hui, contenant plus d'eau primordiale qu'on ne le pensait auparavant.
Comment faire grandir un continent
La Terre solide est composée d'une série de couches dont un noyau dense riche en fer, manteau épais et une couche externe rocheuse appelée lithosphère.
Mais il n'en a pas toujours été ainsi. Lorsque la Terre s'est formée il y a environ 4,5 milliards d'années, c'était une boule de roche en fusion qui était régulièrement matraquée par des météorites.
En se refroidissant sur une période d'environ un milliard d'années, les premiers continents ont commencé à émerger, fait de granit de couleur pâle. La manière exacte dont ils ont vu le jour a longtemps intrigué les scientifiques.
Pour rendre la croûte continentale granitique capable de flotter, les roches volcaniques sombres appelées basaltes doivent être fondues. Basaltes, qui se forment à la suite de la fusion dans le manteau, aurait recouvert la Terre au début de la planète.
Images satellites du craton de Pilbara, Australie occidentale. Les dômes de granit de couleur pâle sont entourés de basaltes de couleur sombre. Crédit :Google Earth
Cependant, pour fabriquer une croûte continentale à partir de basalte, il faut un autre ingrédient essentiel :l'eau. Savoir comment cette eau s'est infiltrée dans les roches à une profondeur suffisante est essentiel pour comprendre comment les premiers continents se sont formés.
L'un des mécanismes permettant d'amener l'eau en profondeur est la subduction. C'est ainsi que la plupart des nouvelles croûtes continentales sont produites aujourd'hui, y compris la cordillère des Andes en Amérique du Sud.
Dans les zones de subduction, les plaques rocheuses au fond de l'océan se refroidissent et deviennent de plus en plus denses jusqu'à ce qu'elles soient forcées sous les continents et de nouveau dans le manteau ci-dessous, emportant de l'eau de mer avec eux.
Lorsque cette eau interagit avec le basalte du manteau, il crée une croûte granitique. Mais la Terre était beaucoup plus chaude il y a des milliards d'années, tant d'experts ont soutenu que la subduction (du moins sous la forme que nous comprenons actuellement) n'aurait pas pu opérer.
De longues ceintures de montagnes linéaires telles que les Andes contrastent fortement avec la structure de la croûte granitique préservée dans la région de Pilbara, dans l'arrière-pays de l'Australie occidentale.
Une coupe transversale très simplifiée d'une structure en dôme et quille. Crédit :Wikimedia Commons, CC BY-SA
Cette ancienne croûte vue d'en haut a un motif "dôme et quille", avec des ballons (dômes) de granit de couleur pâle s'élevant dans les basaltes environnants plus sombres et plus denses (les quilles).
Mais d'où vient l'eau nécessaire à la fabrication de ces dômes ?
De minuscules cristaux enregistrent les débuts de l'histoire de la Terre
Notre recherche, dirigé par des scientifiques du Geological Survey of Western Australia et de l'Université Curtin, abordé cette question. Nous avons analysé de minuscules cristaux piégés dans les anciens magmas qui se sont refroidis et solidifiés pour former les dômes de granit du Pilbara.
Ces cristaux, constitué d'un minéral appelé zircon, contiennent de l'uranium qui se transforme en plomb avec le temps. Nous connaissons le rythme de ce changement, et peut mesurer les quantités d'uranium et de plomb qu'il contient. En tant que tel, nous pouvons obtenir un enregistrement de leur âge.
Les cristaux contiennent également des indices sur leur origine, qui peuvent être démêlés en mesurant leur composition en isotopes d'oxygène. Surtout, les zircons qui se sont cristallisés dans les roches en fusion hydratées par l'eau de la surface de la Terre ont des compositions différentes des zircons qui se sont formés profondément dans le manteau.
Les mesures montrent que l'eau requise pour les granites les plus primitifs de l'AO serait venue des profondeurs du manteau terrestre et non de la surface.
Cristaux de zircon cultivés dans un ancien magma.
Chris Kirkland (à gauche) et Tim Johnson chargeant des échantillons dans un spectromètre de masse à ions secondaires, qui tire un faisceau d'ions dans des cristaux de zircon pour déterminer leur âge et leur composition en isotopes d'oxygène. Crédit : La conversation
Le présent est-il toujours la clé du passé ?
La formation des premiers continents fait partie d'un débat plus large concernant l'un des principes centraux des sciences physiques :l'uniformitarisme. C'est l'idée que les processus qui opéraient sur Terre dans un passé lointain sont les mêmes que ceux observés aujourd'hui.
La Terre perd aujourd'hui de la chaleur à cause de la tectonique des plaques, lorsque les plaques lithosphériques striées qui forment le solide de la planète, la coque extérieure se déplace. Cela permet de réguler sa température interne, stabilise la composition atmosphérique, et probablement aussi facilité le développement d'une vie complexe.
La subduction est l'un des éléments les plus importants de ce processus. Mais plusieurs éléments de preuve sont incompatibles avec la subduction et la tectonique des plaques sur une Terre primitive. Ils indiquent fortement que notre planète s'est comportée très différemment au cours des deux premiers milliards d'années suivant sa formation qu'elle ne le fait aujourd'hui.
Ainsi, alors que l'uniformitarisme est un moyen utile de réfléchir à de nombreux processus géologiques, le présent n'est peut-être pas toujours la clé du passé.
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original. 
