L'Histoire de la Terre...

C’est une découverte inattendue que vient de faire une équipe de géochimistes analysant les isotopes présents dans des komatiites russes. Âgées de 2,8 milliards d’années, ces roches de la région de Kostomuksha proviendraient d’un réservoir magmatique dans le manteau, presque aussi vieux que la Terre, qui serait resté intact malgré sa convection.

Les isotopes sont de puissants traceurs en géochimie et en cosmochimie. Un article publié récemment dans Science et faisant état de subtiles différences dans les abondances des isotopes de tungstène dans des komatiites le prouve à nouveau. Roches ignées très particulières, les komatiites ne se trouvent quasiment que dans des terrains datant de l’Archéen. Elles ont un point de fusion élevé et leur formation implique un taux de fusion partielle pouvant atteindre plus de 50%. Ces roches volcaniques ultramafiques (ou ultrabasiques) semblent donc provenir d’une époque où le manteau de la Terre était plus chaud de plusieurs centaines de degrés par rapport à l’époque actuelle. On les a identifiées une première fois en Afrique du Sud, non loin de la rivière Komati, associées à une ceinture de roches vertes. C'est dans des komatiites de la région de Kostomuksha en Russie que des géochimistes viennent de trouver un excès d’un isotope de tungstène bien particulier, ¹⁸²W. Celui-ci peut provenir de la désintégration radioactive du hafnium 182, plutôt instable puisque sa demi-vie est de seulement 9 millions d’années.

Photographie d'une section complète d'un écoulement de lave, sur un plancher océanique, qui s'est solidifiée en donnant des komatiites, il y a 2,82 milliards d'années. © Igor Puchtel

Présent dans le Système Solaire au début de sa formation suite au Little Bang d’une supernova ayant injecté des isotopes fraîchement synthétisés dans la nébuleuse protosolaire, ce hafnium et ses produits de désintégration permettent de savoir quand certains réservoirs chimiques se sont formés par différentiation. Du fait de sa courte demi-vie, cet isotope peut nous renseigner sur ce qui s’est passé à l’intérieur de la Terre pendant l’Hadéen. En l’occurrence, l’excès de tungstène trouvé, joint à d’autres mesures d’abondances d’isotopes, indique quelque chose de stupéfiant...

Des restes inchangés de la formation de la Terre
Les komatiites de Kostomuksha doivent provenir de la fusion partielle de roches situées profondément dans le manteau, qui ont dû se former initialement quand la Terre n’avait pas encore 30 millions d’années et qui était donc encore en cours de formation et de différentiation. Il faut en conclure que malgré le choc supposé avec Théia, ayant conduit à la formation de la Lune, et malgré la convection ayant brassé le manteau, une partie des roches constitutives de la Terre primitive de cette époque a été conservée intacte jusqu’à il y a 2,8 milliards d’années au moins. On s’attendait à ce que le manteau soit très homogène, visiblement il ne l’était pas à cette époque.

Des carottes dans une coulée de komatiite de Kostomuksha. © Igor

On ne peut s’empêcher de penser à une autre énigme des sciences de la Terre qui elle aussi semble pointer du doigt l’existence de réservoirs de roches très primitives dans le manteau, malgré sa convection, l’énigme de l’hélium 3. Il semble que contrairement à ce que l’on pouvait craindre, les archives géologiques du début de l’Hadéen n’ont peut-être pas été complètement effacées par la géodynamique de notre planète. Une bonne nouvelle pour qui veut comprendre en détail la naissance de la Terre.

* Building Blocks of Early Earth Survived Collision that Created Moon
* 182W Evidence for Long-Term Preservation of Early Mantle Differentiation Products

Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/chimie-1/d/des-roches-de-la-terre-en-formation-pracservaces-dans-son-manteau_36904/

Un gros bolide a-t-il percuté la Terre il y a 12900 ans et modifié le climat de l'époque ? Une nouvelle découverte penche en faveur de cette hypothèse controversée. L'équipe menée par Isabel Israde-Alcantara, de l'Université Michoacana de San Nicólas de Hidalgo, de Mexico (Mexique), a en effet détecté près du lac Cuitzeo dans le centre du pays, mais aussi dans divers sites situés en Europe, au Canada, aux Etats-Unis, en Russie et en Syrie, tous datés de -12900 ans, plusieurs éléments habituellement associés aux impacts célestes.

Microdiamants et roches fondues
Parmi ces éléments figurent notamment des sphérules de roche fondue, ainsi que des microdiamants qui ne peuvent se former que dans les conditions de pression que l'on rencontre typiquement lors d'un impact. En 2010, une équipe de l'Université du Kansas, USA avait apporté son lot de preuves. Les chercheurs avaient notamment décelé la présence d'ammonium dans des couches géologiques datant de -12900. Or, dans des conditions de pression et de température extrêmes qui suivent l'arrivée dans l'atmosphère d'un gros corps, l'azote de l'air et l'hydrogène forment ce composé chimique.

Un cataclysme à l'origine d'une grande extinction
La date de -12 900 ans correspond exactement au début de l'ère dite du Dryas récent, au cours de laquelle un mini-âge de glace s'est établi sur la planète, suivi d'extinctions massives de grands mammifères, comme les mammouths ou les tigres à dents de sabre. Des bouleversements qui pourraient être dus à un impact dévastateur...

Un bolide a peut-être percuté la Terre il y a 13000 ans. Crédit: P. Carril/C&E Photos

Où est le cratère?
Mais depuis que l'hypothèse a été avancée, en 2007 lors du l'congrès annuel de American Geophysical Union, les contradicteurs avancent un contre-argument de poids, le cratère d'impact formé par le bolide est introuvable. Or, d'autres événements beaucoup plus anciens ont laissé des cratères que l'on peut encore détecter aujourd'hui. C'est le cas par exemple de l'impact survenu il y a 65 millions d'années qui a contribué à la disparition des dinosaures. Le cratère qu'il a creusé à été identifié à Chicxulub, dans le golfe du Mexique.

Même scénario que la Toungouska
Il est cependant possible que l'événement du Dryas soit du même type - mais de bien plus grande ampleur - que celui de la Toungouska, survenu au dessus de la taïga sibérienne en 1908 où un énorme bolide aurait explosé dans l'atmosphère avant d'atteindre le sol. Sous l'effet de l'onde de choc, de violents incendies se seraient déclenchés sur certaines régions de la planète, dévastant tout sur leur passage. En s'accumulant dans l'atmosphère, les cendres résultantes auraient bloqué une partie de la lumière du Soleil, et ainsi refroidi le climat général. Une affaire à suivre...

Source Ciel&Espace: http://www.cieletespace.fr/node/8699

La structure de la Terre révèle de nouveaux secrets. En de nombreux points du Globe, y compris dans le Pacifique, des ondes sismiques sont ralenties au niveau de la couche nommée discontinuité de Gutenberg ou G. Elle correspondrait en réalité à l’interface lithosphère-asthénosphère et serait composée de magma en fusion. Contrairement à ce que l'on pensait, cette couche n’existe qu’à proximité des volcans.

La surface de la Terre est recouverte par des plaques lithosphériques en mouvements. Elles se composent de morceaux de la croûte terrestre, continentale ou océanique, et d’une partie du manteau supérieur. La limite inférieure de cette structure froide et rigide se situe généralement entre 100km et 200km de profondeur. Au-delà commence l’asthénosphère, une seconde région du manteau relativement chaude et ductile.

L’étude de la vitesse de propagation des ondes sismiques est un outil précieux qui est exploité pour caractériser la structure interne de la Terre. Ce paramètre est lié à la densité et à la viscosité des matériaux traversés. Dans les faits, les ondes accélèrent en pénétrant en profondeur dans la lithosphère puis ralentissent brusquement lors de leur passage au sein de l’asthénosphère avant d'accélérer à nouveau. En certains points du Globe, des réductions de vitesse plus importantes que la normale de 15% à 30% peuvent être observées entre 35km et 120km de profondeur sous les océans, donnant ainsi naissance à une discontinuité dites de Gutenberg (G). La frontière séparant le manteau inférieur du noyau extérieur porte également ce nom, il ne faut pas confondre ces deux limites !

Du magma peut s'accumuler sous la lithosphère à proximité des volcans actifs. Les ondes sismiques provenant de l'étoile (à gauche) sont réfléchies sur cette masse. Elles seront alors perçues par un réseau de sismographes (triangle bleu). L'absence de magma se traduit par un manque de réflexion profonde selon la méthode employée par l'auteur. © Carnegie Institution for Science

La profondeur de cette discontinuité G coïncide souvent avec la frontière lithosphère-asthénosphère (LAB). Il n’existe cependant pas de preuve directe affirmant qu’elles ne forment qu’une seule et même structure. L’origine de la discontinuité G pose également question car la température ne peut pas expliquer les variations de viscosité et donc de vitesse. Nicholas Schmerr du Goddard Space Flight Center Planetary Geodynamics Laboratory de la Nasa fournit aujourd’hui, dans la revue Science, un nouvel éclairage sur les processus en jeu, grâce à des observations réalisées dans le Pacifique. La discontinuité G marque bien la frontière lithosphère-asthénosphère mais uniquement sous des régions où le volcanisme est important.

Du magma coincé sous la lithosphère, près des volcans
Il est difficile d’étudier la structure précise de la Terre sous l’océan pacifique, surtout au-delà de 100km de profondeur. Il n’y a en effet pas assez d’îles correctement positionnées sur lesquelles construire des stations d’étude et la pose de sismomètres sur le plancher océanique est difficile et coûteuse. De plus, la superficie à couvrir est énorme. Les cartographies de la discontinuité G présentent donc de nombreuses lacunes pour cette région. Nicholas Schmerr est parvenu à exploiter des ondes sismiques de hautes fréquences, nommées SS, et à développer une nouvelle technique d’analyse pour pallier ces problèmes. Ses résultats vont permettent de changer certaines croyances concernant la structure de la Terre. La discontinuité G n’est pas une couche homogène recouvrant l’ensemble du Pacifique. Elle n’a été détectée qu’à proximité de lieux présentant un volcanisme récent en surface. Par ailleurs, la profondeur de cette couche augmente proportionnellement à l’âge de la plaque lithosphérique la surplombant. Or, ces dernières s’épaississent avec l’âge, abaissant ainsi la position de la frontière lithosphère-asthénosphère. Conclusion, la LAB et la discontinuité G sont en réalité deux éléments identiques.

La lithosphère se compose de la croûte terrestre et d'une partie du manteau supérieur. Ces deux parties sont séparées par la discontinuité de Mohorovicic (Moho). Elle descend à de plus grandes profondeurs sous les croûtes continentales. Les valeurs indiquées par les d donnent les densités. © Université de Laval

Sur base de ces résultats, Nicholas Schmerr émet l’hypothèse suivante, la discontinuité G serait composée de magma en fusion bloqué sous la lithosphère. Ces roches peu visqueuses pourraient avoir deux origines. Un phénomène de décompression dans l’asthénosphère, des minéraux chauds se déplacent trop rapidement vers le haut, la pression diminuant, ils se liquéfient, ou la remontée d’un diapir mantellique sous la forme d’un panache. Cette découverte devra être prise en compte par les chercheurs étudiant le fonctionnement de la tectonique des plaques. Il est difficile maintenant d’affirmer que les plaques glissent sur la discontinuité de G alors que celle-ci n’est pas continue...

* Science: The Gutenberg Discontinuity: Melt at the Lithosphere-Asthenosphere Boundary
* Site personnel de Nicholas Schmerr (en anglais)

Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/geologie-1/d/pacifique-le-manteau-terrestre-nous-livre-un-nouveau-secret_37665/

Les causes du réchauffement climatique que la Terre a connu voici 10.000 à 20.000 ans ont souvent fait l’objet de polémiques. Une nouvelle étude précise que cet événement, qui a mis fin au dernier Âge de glace, serait entièrement dû à une importante augmentation du taux de CO₂ atmosphérique. Ce phénomène aurait néanmoins été déclenché par une légère variation dans l'orbite de la Terre.

Jusqu'à présent, le rôle exact joué par le dioxyde de carbone (CO₂) sur le réchauffement que notre planète a connu voici 10.000 à 20.000 ans et sur la fin du dernier âge de glace était toujours resté obscur, voire contradictoire. « En effet, la hausse des températures qu'on peut lire dans les carottes de glace prélevées en Antarctique survient chronologiquement avant la hausse de la concentration en CO₂ », explique Jeremy Shakun, du Département des sciences de la Terre de l'Université américaine de Harvard, qui a dirigé cette étude publiée mercredi dans la revue Nature. De nombreux climatosceptiques utilisent cet argument pour défendre l'idée que les Gaz à Effet de Serre (GES), tels le CO₂, ne contribuent pas au réchauffement actuel. Selon eux, le réchauffement enregistré à la fin de la dernière période glaciaire était tout simplement lié à une légère variation dans l'orbite de la Terre qui a augmenté l'impact des rayons solaires à la surface de notre planète.

Durant la dernière glaciation, une variation de l'orbite de la Terre aurait engendré une augmentation de seulement 0,3°C de la température de la Terre. La calotte glaciaire de l'Hémisphère Nord se serait mise à fondre provoquant ainsi, par un "effet boule de neige", le réchauffement de l'Antarctique et la libération de quantités considérables de CO2. © Staphy/StockFreeImages.com

Pour répondre à cette critique, les climatologues expliquent que le décalage entre hausses du CO₂ et des températures signifie que les GES n'ont pas déclenché le réchauffement mais qu'ils l'ont tout de même considérablement amplifié. Ils leur était toutefois difficile de le prouver. Jeremy Shakun et son équipe sont partis du principe que les bulles d'air piégées dans les échantillons de glace révèlent bien le taux de CO₂ pour l'atmosphère terrestre au niveau global mais que les températures qu'on peut y lire ne reflètent, elles, que les variations au niveau local. Ces températures concerneraient donc uniquement l'Antarctique mais ne seraient pas représentatives de la planète tout entière. Pour valider leur hypothèse, ils ont utilisé 80 échantillons géologiques (sédiments marins, terrestres et carottes de glace) provenant de différentes zones du Globe pour reconstruire un modèle du climat qui prévalait à la fin du dernier âge de glace.

Une variation de l’orbite de la Terre comme déclencheur
Et leurs résultats démontrent que le CO₂ est le vrai coupable du réchauffement de l'époque, « Le changement d'orbite est le déclencheur, mais ça ne va pas chercher bien loin. [...] Notre étude montre que le CO₂ était un facteur bien plus important », déclare M. Shakun. « On obtient une magnifique corrélation entre ces températures globales et l'augmentation du CO₂ à la fin de la dernière période glaciaire. Encore plus intéressant, si le CO₂ est à la traîne par rapport au réchauffement de l'Antarctique, il précède bel et bien le réchauffement au niveau global. C'est précisément ce que vous vous attendez à trouver si le CO₂ est le responsable du réchauffement », souligne-t-il. Selon l'étude, la modification de l'orbite terrestre a amorcé la fonte d'une partie de la calotte glaciaire recouvrant l'Amérique du Nord et l'Europe. Des millions de litres d'eau douce ont alors afflué dans l'Atlantique Nord, perturbant les courants océaniques qui redistribuent la chaleur au niveau de la planète.

Le dernier âge glaciaire aurait pris fin suite à une importante augmentation de CO2 atmosphérique. Mais cette sortie de glaciation a pris 10.000 ans... Ici, un glacier dans la région de l'Everest. © AFP Photo/Prakash Mathema

Ce climatiseur naturel ne fonctionnant plus correctement, la chaleur s'est accumulée dans l'Hémisphère Sud, provoquant d'abord le réchauffement de l'Antarctique. Ce réchauffement localisé a fait fondre la banquise, relâchant dans l'atmosphère le CO₂ qui était piégé dans l'océan. Et c'est ce CO2 qui a, dans un second temps, provoqué un réchauffement au niveau global. « Avec un tel cercle vicieux, on a vite fait de sortir de l'Âge de glace », résume Jeremy Shakun. « Mais sortir de la dernière période glaciaire a tout de même pris environ 10.000 ans. Les niveaux de CO₂ remontent de nouveau mais cette fois-ci, il n'aura fallu que 200 ans pour enregistrer une hausse équivalente », relève-t-il, insistant sur l'impact de ces émissions d'origine humaine sur le changement climatique actuel.

* Nature: Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation
* Page personnelle de Jeremy Shakun (en anglais)

Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/climatologie-1/d/le-co2-aurait-bien-mis-fin-au-dernier-age-de-glace_37995/

La Terre et le Système Solaire sont nés il y a 4,568 milliards d’années environ. Pour les événements qui ont suivi il y a désormais un doute depuis une nouvelle évaluation, revue à la baisse, de la demi-vie d'un isotope radioactif du samarium, l’un des géochronomètres utilisés pour dater ce qui s’y est produit pendant les premières centaines de millions d’années de leur évolution. La différentiation planétaire de la Terre, la Lune et Mars, se serait produite plus rapidement et plus tôt que ce que l’on pensait.

Il ne s’agit pas d’une remise en cause de l’âge de la Terre et du Système Solaire. Mais un article publié dans Science prouve qu’il faut repenser la chronologie des événements pendant l’Hadéen sur Terre, sur Mars et sur la Lune. Si vous demandez à Wolfram Alpha de tout vous dire sur l’isotope de samarium146, il vous apprendra qu'il est radioactif et avec une demi-vie suffisamment longue pour permettre de dater des processus géologiques anciens contrairement au carbone 14 et sa demi-vie de seulement 5.730 ans. Mais c'est surtout, en relation indirecte avec des abondances mesurables aujourd'hui des isotopes du néodyme qu'il permet de dater des processus s'étant produits à l'aube de l'histoire du Système Solaire. Seulement voilà, le chiffre de 103 millions d’années donné pour 146Sm est faux ! Selon un groupe de chercheurs ayant utilisé l’Argonne Tandem Linac Accelerator System du laboratoire national Argonne aux États-Unis, la véritable valeur de la demi-vie du samarium 146 est 68 millions d’années.

Un échantillon ultrapur de 2g de samarium. © DP

Pas de révolution pour l'âge du Système Solaire mais, en revanche, pour ce qui est de la chronologie établie des événements survenus pendant les premières centaines de millions d'années à l'intérieur des planètes rocheuses, il va falloir revoir la copie ! Grâce aux échantillons de roches lunaires et aux météorites martiennes, ainsi qu'aux roches terrestres, on avait estimé les dates de différentiation de ces planètes, c'est-à-dire la constitution de noyaux et manteaux bien séparés chimiquement. En prenant en compte la nouvelle valeur de la demi-vie du samarium, ces différentiations se seraient produites plus rapidement et les âges estimés avec d'autres horloges nucléaires deviennent convergents selon les chercheurs.

Une formation plus rapide du manteau de la Lune
Parmi les roches les plus vieilles du monde, certaines prennent des coups de vieux ainsi que les processus géodynamiques et géochimiques dont elles sont les témoins. D'ores et déjà, on peut dresser un premier bilan, que voici.

Terre
<> Un processus mantellique ayant formé certaines roches du Groenland était considéré comme s'étant produit 170 millions d'années après la formation du Système Solaire. L'âge révisé de 120 millions d'années est maintenant plus en accord avec celui déterminé par une autre horloge nucléaire en rapport avec des roches trouvées en Australie. Cela suggère que ce processus a affecté toute la Planète.

<> De même pour des roches du Canada, on passe de 287 à 205 millions d'années après la formation du Système Solaire pour un autre processus.

La Terre vue de l'espace par les astronautes d'Apollo 17. © Nasa

Lune
<> La formation du manteau lunaire a été datée à 242 millions d'années après la formation du Système Solaire. L'âge révisé est maintenant de 170 millions d'années.

<> Une roche lunaire a été récemment datée avec trois chronomètres nucléaires, l'un d'entre eux étant le samarium 146. Les âges tirés des deux autres horloges s'accordaient, tandis que l'âge évalué à partir du samarium 146 était différent. La version révisée de la demi-vie du samarium 146 a résolu l'énigme.

* A Shorter 146Sm Half-Life Measured and Implications for 146Sm-142Nd Chronology in the Solar System
* Shorter 146Sm half-life and revised 146Sm-142Nd ages of planetary mantle differentiation
* The first few hundred million years of the Solar System

Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/formation-de-la-terre-un-des-geochronometres-etait-faux_37997/