À quoi ressemblait la Terre il y a 4 milliards d’années ? Voilà une question à laquelle il est difficile de répondre. Si l’on sait qu’après sa formation, il y a 4,6 milliards d’années, la Terre était occupée par un océan de magma, de récentes études révèlent que la surface aurait très rapidement refroidi, débouchant sur une cristallisation complète en quelques millions d’années seulement. Des océans d’eau liquide se seraient alors formés, submergeant cette proto-croûte dont la nature était certainement bien différente des croûtes continentales ou océaniques qui forment l’actuelle écorce terrestre.
Mais d’où venait cette eau
Cette histoire ancienne est relatée par l’analyse de quelques minéraux que l’on nomme zircon. Leur résistance à l’altération fait que certains de ces minuscules grains formés à l’aube de l’histoire terrestre ont pu parvenir jusqu’à nous. Or, leur composition chimique est révélatrice de l’environnement dans lequel ils se sont formés.
On sait ainsi qu’une première croûte continentale aurait commencé à se former il y a environ 4 milliards d’années, à partir de la fusion de cette proto-croûte. Les premiers continents seraient ainsi nés très tôt dans l’histoire de la Terre. Pourtant, ils seraient encore longtemps restés cachés sous les eaux. En 2021, une étude suggérait que les premières roches continentales seraient arrivées à l’émersion il y a 3,3 milliards d’années (voir l’article plus bas). Jusqu’à cette date, la Terre aurait donc ressemblé à un monde-océan, totalement bleu.
Une hypothèse qui vient d’être remise en question par une nouvelle étude, publiée dans la revue Nature Geoscience. Grâce à l’analyse de zircons retrouvés dans la formation de Jack Hills en Australie, une équipe de chercheurs a en effet mis en évidence que des terres émergées existaient déjà il y a 4 milliards d’années.
Les scientifiques ont en effet observé la nature des isotopes d’oxygène piégés dans les cristaux au moment de leur formation. Avec surprise ils se sont rendu compte que ces minéraux possédaient une composition isotopique extrêmement légère. Or, la présence d’isotopes d’oxygène légers est typique d’une mise en contact entre le magma (à partir duquel vont cristalliser les zircons) et de l’eau douce infiltrée profondément dans la croûte. Impossible, cependant, d’avoir de l’eau douce dans le contexte d’un monde-océan. L’existence de ces zircons indique donc qu’il y a 4 milliards d’années existaient déjà des portions de croûte émergées, battues par la pluie.
Cette découverte est importante et renforce la théorie d’une Terre primitive froide permettant le développement rapide d’une hydrosphère et d’océans. Et donc, d’un développement précoce de la vie, potentiellement à peine 600 millions d’années après sa formation. La présence d’un cycle de l’eau et notamment de réservoirs d’eau douce présente d’ailleurs un intérêt particulier dans ce contexte des origines du vivant.
Il est certain que les premières cellules vivantes sont apparues plus tôt. Mais quand exactement, et dans quel milieu ? Si les plus anciennes traces de vie retrouvées datent de 3,5 milliards d’année, l‘hypothèse d’une émergence du vivant au niveau de sources hydrothermales au fond de l’océan est souvent mise en avant, il existe également d’autres théories. L’une d’elles est que la vie aurait pu émerger dans de petites poches d’eau douce peu profondes présentes sur des terres émergées. Ces nouveaux résultats viendraient donc supporter cette dernière hypothèse. À noter cependant que ces deux théories ne sont pas exclusives l’une de l’autre.
Référence
On set of the Earth’s hydrological cycle four billion years ago or earlier
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01450-0
- Published: 03 June 2024
Hamed Gamaleldien, and others
- Abstract
Widespread interaction between meteoric (fresh) water and emerged continental crust on the early Earth may have been key to the emergence of life, although when the hydrological cycle first started is poorly constrained. Here we use the oxygen isotopic composition of dated zircon crystals from the Jack Hills, Western Australia, to determine when the hydrological cycle commenced. The analysed zircon grains reveal two periods of magmatism at 4.0–3.9 and 3.5–3.4 billion years ago characterized by oxygen isotopic compositions below mantle values (that is,18O/16O ratios <5.3 ± 0.6‰ relative to Vienna Standard Mean Ocean Water (2 s.d)). The most negative 18O/16O ratios at around 4.0 and 3.4 billion years ago are as low as 2.0‰ and –0.1‰, respectively. Using Monte Carlo simulations, we demonstrate that such isotopically light values in zircon require the interaction of shallow crustal magmatic systems with meteoric water, which must have commenced at or before 4.0 billion years ago, contemporaneous with the oldest surviving remnant of Earth’s continental crust. The emergence of continental crust, the presence of fresh water and the start of the hydrological cycle probably facilitated the development of the environmental niches required for life fewer than 600 million years after Earth’s formation.
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