Une étude offre de nouvelles preuves plus nettes de la tectonique des plaques précoces et du basculement des pôles géomagnétiques

De nouvelles recherches analysant des morceaux des roches les plus anciennes de la planète apportent certaines des preuves les plus nettes à ce jour que la croûte terrestre poussait et tirait d’une manière similaire à la tectonique des plaques moderne il y a au moins 3,25 milliards d’années. L’étude fournit également la première preuve du moment où les pôles magnétiques nord et sud de la planète ont échangé leurs places.

Les deux résultats offrent des indices sur la façon dont de tels changements géologiques ont pu créer un environnement plus propice au développement de la vie sur la planète.

L’ouvrage, décrit dans PNAS et dirigé par les géologues de Harvard Alec Brenner et Roger Fu, s’est concentré sur une partie du craton de Pilbara dans l’ouest de l’Australie, l’un des morceaux les plus anciens et les plus stables de la croûte terrestre. À l’aide de techniques et d’équipements innovants, les chercheurs ont montré que certaines des premières surfaces de la Terre se déplaçaient à un rythme de 6,1 centimètres par an et de 0,55 degrés tous les millions d’années.

Cette vitesse fait plus que doubler la vitesse à laquelle il a été démontré que la croûte antique se déplaçait dans un étude précédente par les mêmes chercheurs. La vitesse et la direction de cette dérive latitudinale laissent tectonique des plaques comme les explications les plus logiques et les plus fortes.

“Il y a beaucoup de travaux qui semblent suggérer qu’au début de l’histoire de la Terre, la tectonique des plaques n’était pas en fait la manière dominante dont la chaleur interne de la planète est libérée comme c’est le cas aujourd’hui par le déplacement des plaques”, a déclaré Brenner, un Ph.D. . candidat à la Graduate School of Arts and Sciences et membre du Paleomagnetics Lab de Harvard. “Cette preuve nous permet d’exclure avec beaucoup plus de confiance les explications qui n’impliquent pas la tectonique des plaques.”

Par exemple, les chercheurs peuvent désormais argumenter contre des phénomènes dits “véritable errance polaire” et la “tectonique du couvercle stagnante”, qui peuvent toutes deux provoquer le déplacement de la surface de la Terre, mais ne font pas partie de la tectonique des plaques de style moderne. Les résultats penchent davantage vers le mouvement tectonique des plaques car le taux de vitesse plus élevé récemment découvert est incompatible avec certains aspects de la tectonique des plaques. les deux autres processus.

Dans l’article, les scientifiques décrivent également ce que l’on pense être la preuve la plus ancienne du moment où la Terre a inversé ses champs géomagnétiques, ce qui signifie que les emplacements magnétiques inversés des pôles Nord et Sud. Ce type de bascule est courant sur Terre histoire géologique avec l’inversion du pôle 183 fois au cours des 83 derniers millions d’années et peut-être plusieurs centaines de fois au cours des 160 derniers millions d’années, selon la NASA.

L’inversion en dit long sur le champ magnétique de la planète il y a 3,2 milliards d’années. La clé de ces implications est que le champ magnétique était probablement suffisamment stable et puissant pour empêcher les vents solaires d’éroder l’atmosphère. Cette idée, combinée aux résultats sur la tectonique des plaques, offre des indices sur les conditions dans lesquelles les premières formes de vie se sont développées.

“Il peint cette image d’un début la terre qui était déjà vraiment mature sur le plan géodynamique “, a déclaré Brenner. “Il y avait beaucoup des mêmes types de processus dynamiques qui aboutissent à une Terre qui a des conditions environnementales et de surface essentiellement plus stables, ce qui rend plus possible l’évolution et le développement de la vie.”

Aujourd’hui, l’enveloppe externe de la Terre se compose d’environ 15 blocs de croûte, ou plaques, qui retiennent les continents et les océans de la planète. Pendant des éons, les plaques se sont rapprochées et séparées, formant de nouveaux continents et de nouvelles montagnes et exposant de nouvelles roches à l’atmosphère, ce qui a conduit à des réactions chimiques qui ont stabilisé la température de surface de la Terre pendant des milliards d’années.

Il est difficile de trouver des preuves du début de la tectonique des plaques car les plus anciens morceaux de croûte sont enfoncés dans le manteau intérieur, pour ne jamais refaire surface. Seulement 5% de toutes les roches sur Terre ont plus de 2,5 milliards d’années et aucune roche n’a plus de 4 milliards d’années.

Dans l’ensemble, l’étude s’ajoute à la recherche croissante selon laquelle le mouvement tectonique s’est produit relativement tôt dans l’histoire de la Terre de 4,5 milliards d’années et que les premières formes de vie se sont produites dans un environnement plus modéré. Les membres du projet ont revisité le craton de Pilbara en 2018, qui s’étend sur environ 300 miles de diamètre. Ils ont foré dans la dalle primordiale et épaisse de la croûte là-bas pour collecter des échantillons qui, de retour à Cambridge, ont été analysés pour leur histoire magnétique.

À l’aide de magnétomètres, d’équipements de démagnétisation et du microscope à diamant quantique – qui image les champs magnétiques d’un échantillon et identifie avec précision la nature des particules magnétisées – les chercheurs ont créé une suite de nouvelles techniques pour déterminer l’âge et la manière dont les échantillons ont été magnétisés. Cela permet aux chercheurs de déterminer comment, quand et dans quelle direction la croûte s’est déplacée ainsi que l’influence magnétique provenant des pôles géomagnétiques de la Terre.

Le microscope quantique à diamant a été développé dans le cadre d’une collaboration entre des chercheurs de Harvard des départements des sciences de la Terre et des planètes (EPS) et de physique.

Pour les études futures, Fu et Brenner prévoient de rester concentrés sur le craton de Pilbara tout en regardant au-delà vers d’autres croûtes anciennes à travers le monde. Ils espèrent trouver des preuves plus anciennes du mouvement des plaques de type moderne et du basculement des pôles magnétiques de la Terre.

“Enfin, être capable de lire de manière fiable ces roches très anciennes ouvre de nombreuses possibilités pour observer une période souvent plus connue par la théorie que par des données solides”, a déclaré Fu, professeur d’EPS à la Faculté des arts et des sciences. “En fin de compte, nous avons une bonne chance de reconstruire non seulement quand les plaques tectoniques ont commencé à bouger, mais aussi comment leurs mouvements – et donc les processus intérieurs profonds de la Terre qui les animent – ont changé au fil du temps.”