Nouvelle théorie sur la formation de la croûte terrestre

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De nouvelles données expérimentales pourraient guider les scientifiques dans la recherche d’exoplanètes susceptibles d’accueillir la vie

Les minéraux silicatés, comme le feldspath et le quartz, représentent plus de 90 % des constituants de la croûte terrestre continentale. Mais d’où viennent ces minéraux? Pourraient-ils aider les scientifiques à découvrir s’il existe de la vie sur d’autres planètes?

Selon la théorie généralement admise, toutes les composantes initiales de la croûte terrestre sont d’origine volcanique. Or, deux spécialistes des sciences de la Terre de l’Université McGill, Don Baker et Kassandra Sofonio, ont formulé une théorie qui s’écarte quelque peu de la théorie traditionnelle. Selon ces scientifiques, certaines des composantes chimiques de ces matériaux se sont déposées à la surface de la Terre primitive à partir de l’atmosphère riche en vapeur qui enveloppait la planète à cette époque.

D’abord, un peu d’histoire géochimique ancienne. Selon les scientifiques, un astéroïde de la taille de la planète Mars est entré en collision avec la proto-Terre il y a environ 4,5 milliards d’années, faisant fondre celle-ci et la transformant en un océan magmatique. À la suite de cet impact – qui a laissé suffisamment de débris pour mener à la formation de la Lune ‒ la surface de la Terre s’est refroidie graduellement jusqu’à devenir plus ou moins solide. La nouvelle théorie du Pr Baker, tout comme la théorie généralement admise, repose sur cette prémisse.

Toutefois, l’atmosphère résultant de cette collision était constituée d’une vapeur très chaude qui a dissous les roches présentes à la surface immédiate de la Terre ‒ « à la manière du sucre qui se dissout dans le café », explique le Pr Baker. C’est ici qu’intervient la nouvelle théorie. « Ces minéraux dissous sont remontés vers la haute atmosphère, où ils se sont refroidis. Puis, ces matériaux silicatés dissous à la surface de la Terre se sont séparés et sont retombés sur la Terre sous forme de pluie de silicates. »

Pour vérifier leur théorie, Don Baker et Kassandra Sofonio, coauteure de l’étude et adjointe de recherche au premier cycle à l’Université McGill, ont passé des mois à mettre au point des essais en laboratoire afin de reproduire l’atmosphère riche en vapeur qui régnait sur la Terre primitive. Pour ce faire, ils ont fait fondre dans l’air une masse de matériaux silicatés terrestres et d’eau à une température de 1 550 degrés Celsius, puis l’ont réduite en poudre. De petites quantités de cette poudre, à laquelle les chercheurs ont ajouté de l’eau, ont ensuite été introduites dans des capsules faites d’un alliage d’or et de palladium qui ont été placées dans un récipient sous pression chauffé à environ 727 degrés Celsius et soumis à une pression 100 fois supérieure à celle de la surface de la Terre afin de simuler les conditions atmosphériques de la Terre environ un million d’années après l’impact ayant mené à la formation de la Lune. Après chaque essai, les échantillons étaient rapidement refroidis et les matériaux préalablement dissous dans la vapeur très chaude étaient analysés.

Ces essais s’inscrivaient dans la foulée d’expériences réalisées précédemment par d’autres chercheurs sur les interactions eau-roche à hautes pressions et reposaient également sur les calculs préliminaires effectués par l’équipe de l’Université McGill, précise le Pr Baker. Néanmoins, ajoute-t-il « nous avons été surpris de constater les similitudes entre les matériaux silicatés dissous dans le cadre de nos essais » et ceux découverts dans la croûte terrestre.

Dans leur article, publié dans la revue Earth and Planetary Science Letters, les auteurs formulent une nouvelle théorie appelée « métasomatisme aérien », terme inventé par Kassandra Sofonio pour décrire le processus par lequel les minéraux silicatés condensés sont retombés sur la Terre sur une période d’un million d’années environ, pour donner naissance à certains des spécimens de roche les plus anciens connus à ce jour.

« Nos travaux font la lumière sur l’aspect chimique du processus » et pourraient fournir aux scientifiques de précieux indices leur permettant de déterminer quelles exoplanètes pourraient accueillir la vie, affirme Don Baker.

« Cette période des premiers âges de la Terre demeure fascinante », ajoute-t-il. « Bien des gens croient que la vie est apparue peu après ces événements. Il s’agissait en fait des premières étapes des origines de la vie sur Terre. »

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Ces travaux ont été financés par une subvention à la découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) octroyée à Don Baker ainsi que par une bourse d’assistante de recherche d’été de premier cycle octroyée par le CRSNG à Kassandra Sofonio.

L’article « A metasomatic mechanism for the formation of Earth’s earliest evolved crust », par Don R. Baker et Kassandra Sofonio, a été publié dans la revue Earth and Planetary Science Letters le 1er avril 2017.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17300341

 

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