Sauf peut-être pour certains habitants des îles éloignées, la plupart des gens ont une tendance naturelle à considérer les continents comme des caractéristiques fondamentales, permanentes et même caractéristiques de la Terre. On oublie facilement que les plateformes continentales du monde ne sont que des masses dispersées et isolées sur une planète largement recouverte d’eau. Mais vu de l’espace, l’image correcte de la Terre devient immédiatement claire. C’est une planète bleue., De ce point de vue, il semble assez extraordinaire qu’au cours de sa longue histoire, la Terre ait réussi à maintenir une petite fraction de sa surface toujours au-dessus de la mer enabling permettant, entre autres, à l’évolution humaine de se dérouler sur la terre ferme.
La persistance de continents de haut niveau n’est-elle que fortuite? Comment la croûte terrestre compliquée a-t-elle vu le jour? A-t-il été là tout le temps, comme une cerise primitive sur un gâteau planétaire, ou a-t-il évolué à travers les âges?, De telles questions avaient engendré des débats qui ont divisé les scientifiques pendant de nombreuses décennies, mais l’histoire fascinante de la façon dont la surface terrestre a pris sa forme actuelle est maintenant essentiellement résolue. Cette compréhension montre, assez remarquablement, que les conditions requises pour former les continents de la Terre peuvent être inégalées dans le reste du système solaire.
La Terre et Vénus, ayant à peu près la même taille et la même distance du soleil, sont souvent considérées comme des planètes jumelles. Il est donc naturel de se demander comment la croûte de Vénus compare avec celle de notre propre monde., Bien que des siècles d’observations télescopiques depuis la Terre n’aient pu donner aucun aperçu, à partir de 1990, les sondes spatiales Magellan en orbite radar ont pénétré les épais nuages qui enveloppent Vénus et ont révélé sa surface avec une clarté étonnante. À partir des images détaillées des reliefs, les scientifiques planétaires peuvent supposer le type de roche qui recouvre Vénus.
Notre planète sœur semble être recouverte de roches de composition basaltique like un peu comme les roches sombres et à grain fin qui bordent les bassins océaniques sur Terre. La cartographie de Magellans, cependant, n’a pas permis de trouver de vastes zones analogues à la croûte continentale terrestre., Les régions élevées nommées Aphrodite Terra et Ishtar Terra semblent être des restes de laves basaltiques froissées. De plus petits monticules en forme de dôme se trouvent sur Vénus, et ces formes pourraient indiquer que des roches volcaniques de composition granitique existent à certains endroits, mais les réflexions radar montrent que ces caractéristiques ressemblant à des crêpes peuvent être composées simplement de plus de basalte.,
Après avoir analysé la richesse des données radar fournies par Magellan, les scientifiques ont conclu que la tectonique des plaques (c’est-à-dire la création, le mouvement et la destruction continus de parties de la surface de la planète) ne semble pas fonctionner sur Vénus. Il n’y a pas d’équivalents évidents aux vastes dorsales médio-océaniques ou aux grands systèmes de tranchées de la Terre. Ainsi, il est peu probable que la croûte de Vénus se recycle régulièrement dans le manteau de cette planète., Il ne semble pas non plus nécessaire de faire de la place pour une nouvelle croûte: la quantité de lave en éruption sur Vénus équivaut à peu près à la production d’un volcan hawaïen, Kilauea-un simple dribble pour la planète dans son ensemble. Ces résultats de Vénus et des études similaires d’autres corps solides dans le système solaire montrent que les croûtes planétaires peuvent être commodément divisées en trois types fondamentaux.
primaires croûtes remontent aux débuts du système solaire., Ils ont émergé après que de gros morceaux de matière primordiale se soient écrasés sur une planète en croissance, libérant suffisamment d’énergie pour faire fondre la protoplanète d’origine. Au fur et à mesure que la roche fondue commençait à refroidir, les cristaux de certains types de minéraux se solidifiaient relativement tôt et pouvaient se séparer du corps du magma. Ce processus, par exemple, a probablement créé les hauts plateaux blancs de la lune après que des grains de feldspath minéral de faible densité aient flotté au sommet d’un « océan » lunaire précoce de basalte fondu., Les croûtes de nombreux satellites des planètes géantes extérieures, composées de mélanges de roches avec de l’eau, du méthane et de l’ammoniac, peuvent également être nées d’une fonte catastrophique lors de l’accrétion initiale.
Contrairement au produit de ces épisodes soudains et à grande échelle de fusion, des croûtes secondaires se forment après que la chaleur de la désintégration des éléments radioactifs s’accumule progressivement dans un corps planétaire. Un tel chauffage lent provoque la fonte d’une petite fraction du manteau rocheux des planètes et entraîne généralement l’éruption de laves basaltiques., Les surfaces de Mars et de Vénus et les fonds océaniques de la Terre sont recouverts de croûtes secondaires créées de cette manière. La maria lunaire (les » mers » des anciens astronomes) s’est également formée à partir de laves basaltiques qui ont pris naissance profondément dans l’intérieur des lunes. La chaleur de la radioactivité-ou peut-être de la flexion induite par les forces de marée-sur une lune glacée du système solaire externe peut, aussi, avoir généré des croûtes secondaires.
Contrairement à ces types relativement courants, une croûte dite tertiaire peut se former si les couches de surface sont renvoyées dans le manteau d’une planète géologiquement active., Comme une forme de distillation continue, le volcanisme peut alors conduire à la production de magma hautement différencié d’une composition distincte du basalte closer plus proche de celle du granit de roche ignée de couleur claire. Parce que le recyclage nécessaire pour générer des magmas granitiques ne peut se produire que sur une planète où la tectonique des plaques opère, une telle composition est rare dans le système solaire. La formation de la croûte continentale sur Terre peut être son seul emplacement.,
Malgré le petit nombre d’exemples au sein de chaque catégorie, une généralisation sur la genèse des surfaces planétaires semble facile à faire: il existe de nettes différences dans les vitesses de formation des croûtes primaires, secondaires et tertiaires. La lune, par exemple, a généré sa croûte primaire blanche et riche en feldspath-environ 9% du volume lunaire-en seulement quelques millions d’années. Les croûtes secondaires évoluent beaucoup plus lentement., Les lunes de basalte maria (croûte secondaire) ne font que quelques centaines de mètres d’épaisseur et ne représentent qu’un dixième de 1% du volume des lunes, et pourtant ces soi-disant mers ont nécessité plus d’un milliard d’années pour se former. Un autre exemple de croûte secondaire, les bassins océaniques basaltiques de notre planète (qui constituent environ un dixième de 1% de la masse terrestre), formé sur une période d’environ 200 millions d’années. Aussi lents que soient ces taux, la création de croûte tertiaire est encore moins efficace. La Terre a mis plusieurs milliards d’années à produire sa croûte tertiaire the les continents., Ces caractéristiques, montant à peu près la moitié de 1% de la masse de la planète.
Continents flottants
DE nombreux ÉLÉMENTS que l’on trouve rarement sur Terre sont enrichis en roches granitiques, et ce phénomène donne à la croûte continentale une importance disproportionnée par rapport à sa masse minuscule. Mais les géologues n’ont pas été en mesure d’estimer la composition globale de la croûte-un point de départ nécessaire pour toute enquête sur son origine et son évolution-par observation directe. Une méthode envisageable pourrait être de compiler les descriptions existantes des roches qui affleurent à la surface., Même ce grand nombre d’informations pourrait bien s’avérer insuffisant. Un programme d’exploration à grande échelle qui pourrait atteindre suffisamment profondément dans la croûte pour un échantillon significatif repousserait les limites de la technologie de forage moderne et serait, de toute façon, prohibitif.
Heureusement, une solution plus simple est à portée de main. La nature a déjà réalisé un échantillonnage généralisé par l’érosion et le dépôt de sédiments. Les boues basses, maintenant transformées en roche sédimentaire solide, donnent une composition moyenne étonnamment bonne pour la croûte continentale exposée., Ces échantillons manquent cependant des éléments solubles dans l’eau, tels que le sodium et le calcium. Parmi les matériaux insolubles qui sont transférés de la croûte dans les sédiments sans distorsion de leurs abondances relatives figurent les 14 éléments de terres rares, connus des géochimistes sous le nom de REEs. Ces balises élémentaires sont particulièrement utiles pour déchiffrer la composition crustale parce que leurs atomes ne rentrent pas parfaitement dans la structure cristalline de la plupart des minéraux communs. Ils ont plutôt tendance à être concentrés dans les produits granitiques de formation tardive d’un magma de refroidissement qui composent la majeure partie de la croûte continentale.,
Parce que les profils de REE trouvés dans une variété de sédiments sont si similaires, les géochimistes supposent que l’altération, l’érosion et la sédimentation doivent mélanger différentes roches sources ignées suffisamment efficacement pour créer un échantillon global de la croûte continentale. Tous les membres du groupe REE établissent une signature de la composition de la croûte supérieure et conservent, dans les formes des modèles d’abondance élémentaire, un enregistrement des événements ignés qui ont pu influencer la composition de la croûte.,
En utilisant ces traceurs géochimiques, les géologues ont, par exemple, déterminé que la composition de la partie supérieure de la croûte continentale se rapproche de celle de la granodiorite, une roche ignée ordinaire composée en grande partie de quartz et de feldspath de couleur claire, ainsi que d’un saupoudrage de divers minéraux foncés. Au plus profond de la croûte continentale, en dessous d’environ 10 à 15 kilomètres, des roches de composition plus basaltique sont probablement communes., La nature exacte de ce matériau reste controversée, et les géologues testent actuellement leurs idées en utilisant des mesures de la chaleur produite dans la croûte par les éléments radioactifs importants uranium, thorium et 40K, l’isotope radioactif du potassium. Mais il semble raisonnable qu’au moins certaines parties de cette région inaccessible et énigmatique puissent être constituées de basalte piégé et sous-recouvert sous les continents à faible densité.
C’est cette propriété physique de la roche granitique–faible densité–qui explique pourquoi la plupart des continents ne sont pas submergés., La croûte continentale s’élève en moyenne à 125 mètres au-dessus du niveau de la mer, et environ 15% de la zone continentale s’étend sur plus de deux kilomètres d’altitude. Ces grandes hauteurs contrastent nettement avec les profondeurs des fonds océaniques, qui sont en moyenne à environ quatre kilomètres sous le niveau de la mer-une conséquence directe de leur revêtement par une croûte océanique dense composée principalement de basalte et d’un mince placage de sédiments.
À la base de la croûte se trouve la discontinuité dite Mohorovicic (un nom de torsion de la langue que les géologues raccourcissent invariablement en « Moho »)., Cette surface profonde marque un changement radical de composition en une roche extrêmement dense riche en olivine minérale qui sous-tend partout les océans et les continents. Des études géophysiques utilisant des ondes sismiques ont tracé le Moho dans le monde entier. De telles recherches ont également indiqué que le manteau sous les continents peut être fixé en permanence au sommet. Ces « quilles » subcrustales relativement fraîches peuvent avoir jusqu’à 400 kilomètres d’épaisseur et semblent rouler avec les continents lors de leurs pérégrinations tectoniques., Cette notion est étayée par l’analyse de minuscules inclusions minérales trouvées dans les diamants, dont on pense qu’elles proviennent profondément de cette région sous-cutanée. Les mesures montrent que les diamants peuvent avoir jusqu’à trois milliards d’années et démontrent ainsi l’ancienneté des racines continentales profondes.
Il est curieux de constater qu’il y a moins de 50 ans, il n’y avait aucune preuve que les roches bordant les bassins océaniques différaient fondamentalement de celles trouvées sur terre. On pensait simplement que les océans étaient recouverts de continents engloutis ou engloutis., Cette perception est née assez naturellement du concept selon lequel la croûte continentale était une caractéristique encerclant le monde qui était apparue comme une sorte d’écume sur une planète initialement en fusion. Bien qu’il semble maintenant certain que la Terre ait effectivement fondu très tôt, il semble qu’une croûte granitique primaire, du type présumé il y a des décennies, n’ait jamais réellement existé.
L’évolution de la géodiversité
COMMENT se fait-il que deux types de croûte aussi distincts, continental et océanique, aient réussi à surgir sur Terre? Pour répondre à cette question, il faut considérer l’histoire la plus ancienne du système solaire., Dans la région de la nébuleuse solaire primordiale occupée par l’orbite terrestre, le gaz a été principalement balayé et seuls des débris rocheux suffisamment grands pour survivre à une activité solaire précoce intense se sont accumulés. Ces objets eux-mêmes ont dû croître par accrétion, avant de finalement tomber ensemble pour former notre planète, un processus qui a nécessité environ 50 millions à 100 millions d’années.
À la fin de ce stade de formation, un planétésimal massif, peut-être de la taille de Mars, s’est écrasé sur la Terre presque entièrement formée., Le manteau rocheux de l’impacteur a été éjecté en orbite et est devenu la lune tandis que le noyau métallique du corps est tombé dans la Terre. Comme on pouvait s’y attendre, cet événement s’est avéré catastrophique: il a totalement fondu la planète nouvellement formée. Au fur et à mesure que la Terre se refroidit et se solidifie, une croûte basaltique précoce s’est probablement formée.
Il est probable qu’à ce stade, la surface de la Terre ressemblait à l’apparence actuelle de Vénus; cependant, aucune de cette croûte primaire n’a survécu., La question de savoir s’il s’est enfoncé dans le manteau d’une manière similaire à celle qui se déroule sur Terre ou s’il s’est empilé en masses localisées jusqu’à ce qu’il soit suffisamment épais pour se transformer en une roche plus dense et s’enfoncer reste incertaine. Quoi qu’il en soit, il n’y a aucune preuve de croûte granitique substantielle à ce stade précoce. La preuve révélatrice d’une telle croûte aurait dû survivre sous la forme de grains dispersés du zircon minéral, qui se forme dans le granit et est très résistant à l’érosion., Bien que quelques zircons anciens datant de près de cette époque aient été trouvés (les exemples les plus anciens proviennent de roches sédimentaires en Australie et ont environ 4,3 milliards d’années), ces grains sont extrêmement rares.
Plus d’informations sur la croûte précoce proviennent des roches les plus anciennes à avoir survécu intactes. Ces roches se sont formées profondément dans la croûte il y a un peu moins de quatre milliards d’années et affleurent maintenant à la surface dans le nord-ouest du Canada. Cette formation rocheuse s’appelle le Gneiss d’Acasta., Des exemples légèrement plus jeunes de croûte précoce ont été documentés à plusieurs endroits dans le monde, bien que la meilleure étude de ces anciennes formations soit dans l’ouest du Groenland. L’abondance de roches sédimentaires y atteste de la présence d’eau courante et de l’existence de ce qui était probablement de véritables océans à cette époque reculée., Mais même ces roches extraordinairement anciennes du Canada et du Groenland datent d’environ 400 millions à 500 millions d’années après l’accrétion initiale de la Terre, une lacune dans les archives géologiques causée, sans aucun doute, par des impacts massifs qui ont gravement perturbé la croûte terrestre.
D’après les archives conservées dans les roches sédimentaires, les géologues savent que la formation de la croûte continentale a été un processus continu tout au long de la longue histoire des Terres. Mais la création de croûte n’a pas toujours eu le même caractère. Par exemple, à la limite entre les éons archéen et Protérozoïque, autour de 2.,5 milliards d’années, un net changement dans le rock se produit. La composition de la croûte supérieure avant cette rupture contenait des constituants moins évolués, composés d’un mélange de basalte et de granites riches en sodium. Ces roches constituent la suite dite tonalite-trondjémite-granodiorite, ou TTG. Cette composition diffère considérablement de la croûte supérieure actuelle, qui est dominée par des granites riches en potassium.
Le changement profond de la composition crustale il y a 2,5 milliards d’années semble être lié aux changements du régime tectonique des Terres., Avant cette période, des niveaux plus élevés de désintégration radioactive produisaient plus de chaleur sur la planète. La conséquence en était qu’à l’Archéen antérieur, la croûte océanique était plus chaude, plus épaisse et plus flottante et ne pouvait pas être subductée. Au lieu de cela, sous des sections de croûte plus épaisses qui peuvent ressembler à l’Islande moderne, une croûte plus dense a fondu et a produit les roches ignées riches en sodium de la suite TTG.
Des roches quelque peu similaires se forment maintenant dans quelques endroits tels que le sud du Chili, où la jeune croûte océanique se subduit., Mais ces roches modernes, qui se forment maintenant à cause de la tectonique des plaques, sont subtilement différentes de leurs cousins archéens plus âgés, qui se sont formés à partir de dalles enfoncées sous une croûte épaisse. La tectonique des plaques de style moderne n’a commencé à fonctionner qu’à la fin de l’Archéen (il y a entre 3,0 et 2,5 milliards d’années), lorsque la croûte océanique est devenue plus fraîche, a perdu sa flottabilité et a donc pu retomber dans le manteau.
La tendance précoce à la formation de magma avec une composition TTG explique pourquoi la croûte s’est développée sous forme de mélange de basalte et de tonalite au cours de l’éon archéen., De grandes quantités-au moins 50 pour cent et peut-être jusqu’à 70 pour cent de la croûte continentale-ont émergé à cette époque, avec un épisode majeur de croissance entre 3,0 milliards et 2,5 milliards d’années. Depuis lors, la hauteur relative des bassins océaniques et des plates-formes continentales est restée relativement stable. Avec le début de l’éon protérozoïque il y a 2,5 milliards d’années, la croûte avait déjà pris une grande partie de sa composition actuelle, et le cycle tectonique des plaques moderne a commencé.
Actuellement, la croûte océanique se forme par l’éruption de lave basaltique le long d’un réseau de crêtes médio-océaniques encerclant le globe., Plus de 18 kilomètres cubes de roche sont produits chaque année par ce processus. La dalle de croûte nouvellement formée chevauche au – dessus d’une couche externe du manteau, qui constitue ensemble la lithosphère rigide. La lithosphère océanique s’enfonce dans le manteau à des zones dites de subduction, qui laissent des cicatrices visibles sur le fond de l’océan sous la forme de tranchées profondes. Sur ces sites, la dalle descendante de la lithosphère transporte des sédiments marins humides ainsi que du basalte plongeant dans le manteau.,
À une profondeur d’environ 80 kilomètres, la chaleur entraîne l’eau et d’autres composants volatils des sédiments subduits dans le manteau sus-jacent. Ces substances agissent alors comme un flux dans une fonderie, induisant la fusion dans le matériau environnant à des températures réduites. Le magma se fractionne, produisant des andésites, tandis que le substrat plus basique s’enfonce probablement dans le manteau dans un processus appelé délamination. Le magma andésite produit de cette manière finit par atteindre la surface, où il provoque des éruptions spectaculaires et explosives. Les années 1980 éruption du Mont Saint, Helens est un exemple d’un tel cataclysme géologique. De grandes chaînes de volcans-comme les Andes-alimentées par des volatiles bouillants ajoutent en moyenne environ deux kilomètres cubes de lave et de cendres aux continents chaque année. Cette andésite fournit le matériau en vrac des continents.
Mais la roche granitique plus riche en silice, que nous voyons à la surface des continents, provient de l’intérieur de la croûte. L’accumulation de chaleur au plus profond de la croûte continentale elle-même peut provoquer la fonte, et le magma résultant finira par migrer vers la surface., Bien qu’une partie de cette chaleur nécessaire puisse provenir de la désintégration d’éléments radioactifs, une source plus probable est le magma basaltique qui s’élève plus profondément dans le manteau et se retrouve piégé sous le couvercle granitique; la roche fondue agit alors comme un brûleur sous une poêle à frire.
Poussées de croissance crustale
BIEN que LE CHANGEMENT LE PLUS SPECTACULAIRE dans la génération de la croûte continentale se soit produit à la fin de l’éon archéen, il y a 2,5 milliards d’années, les continents semblent avoir connu des changements épisodiques tout au long du temps géologique., Par exemple, des ajouts importants et ultérieurs à la croûte continentale se sont produits de 2,0 à 1,7, de 1,3 à 1,1 et de 0,5 à 0,3 milliard d’années. Que les continents de la Terre aient connu une telle évolution ponctuée pourrait sembler à première vue contre-intuitif. Pourquoi, après tout, la croûte devrait-elle se former par poussées si la génération de chaleur interne-et sa libération par recyclage crustal-est un processus continu?
Une compréhension plus détaillée de la tectonique des plaques aide à résoudre ce casse-tête., Au cours de la période Permienne (il y a environ 250 millions d’années), les principaux continents de la Terre ont convergé pour créer une énorme masse terrestre appelée Pangée . Cette configuration n’était pas unique. La formation de ces « supercontinents » semble se reproduire à des intervalles d’environ 600 millions d’années. Les principaux cycles tectoniques séparant les continents ont été documentés dès le début du Protérozoïque, et il y a même des suggestions selon lesquelles le premier supercontinent pourrait s’être formé plus tôt, au cours de l’Archéen.
De tels cycles tectoniques à grande échelle servent à moduler le rythme de la croissance crustale., Lorsqu’un supercontinent se brise, la croûte océanique est à son plus ancien et donc plus susceptible de former une nouvelle croûte continentale après sa subduction. Au fur et à mesure que les différents continents se reconvertissent, des arcs volcaniques (chaînes courbes de volcans créées près des zones de subduction) entrent en collision avec des plates-formes continentales. De tels épisodes préservent une nouvelle croûte lorsque les roches arc sont ajoutées aux marges des continents.
Depuis plus de quatre milliards d’années, les continents péripatétiques se sont assemblés en plusieurs fois à partir de nombreux terranes disparates., Enterré dans l’amalgame qui en résulte est le dernier testament disponible pour la majeure partie de l’histoire des Terres. Cette histoire, assemblée à partir de roches qui sont comme autant de pièces brouillées d’un puzzle, a pris un certain temps à trier. Mais la compréhension de l’origine crustale et de l’évolution est maintenant suffisante pour montrer que de toutes les planètes, la Terre apparaît vraiment exceptionnelle. Par un heureux accident de la nature – la capacité de maintenir l’activité tectonique des plaques-une seule planète a pu générer les plaques importantes de croûte continentale stable que nous trouvons si pratique pour vivre.
L’AUTEUR
S., ROSS TAYLOR et SCOTT M. MCLENNAN travaillent ensemble depuis 1977 à l’étude de l’évolution de la croûte terrestre. Taylor a également activement poursuivi des études lunaires et planétaires et a publié de nombreux livres sur la planétologie. Il est un associé étranger de l’Académie Nationale des Sciences. Taylor travaille actuellement au département des sciences de la terre et de la mer de l’Université nationale australienne et au Lunar and Planetary Institute de Houston. McLennan est professeur au département de géosciences de l’Université Stony Brook., Ses recherches appliquent la géochimie des roches sédimentaires aux études de l’évolution crustale sur Terre et sur Mars. McLennan est membre de l’équipe scientifique Mars Exploration Rover.