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10 découvertes 2016

[1] Manteau cachottier

Géologie
Par Mélissa Guillemette - 02/01/2017
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Photo: Don Francis
En étudiant de jeunes roches provenant du Nunavut, une chercheuse est remontée dans le passé... jusqu’à la tendre enfance de notre planète.

Le petit cube de roche que Hanika Rizo garde dans un sac de plastique sur son bureau donne dans le gris, l’ocre et même l’olive. Un joli morceau, mais qui lui en a fait travailler un coup. Ce caillou ne contient rien de moins que des indices géochimiques qui bousculent les théories admises sur la formation de la Terre !

Fascinée par l’histoire ancienne de notre planète, la jeune chercheuse d’origine mexicaine, professeure au département des sciences de la Terre et de l’atmosphère de l’Université du Québec à Montréal (UQAM), a l’habitude d’étudier de très vieilles roches, datant de plus de 3 milliards d’années. « Moins que ça, je me disais que ça ne valait pas la peine ! » Mais le jeune caillou trouvé sur l’île Padloping, au Nunavut, lui réservait des surprises. On le dit jeune, car il est issu d’une immense éruption volcanique qui a eu lieu il y a 60 millions d’années.

Selon les géologues, la Terre s’est formée il y a un peu plus de 4,5 milliards d’années, en même temps que le reste du Système solaire. Résultat de l’accrétion de poussières, de cailloux et d’autres petits planétoïdes, elle était très chaude au début; une véritable boule de lave en fusion. Dans ce liquide, les éléments les plus lourds, comme le fer et le nickel, sont descendus vers le centre pour constituer le noyau. À l’opposé, les éléments plus légers, comme la silice, sont restés près de la surface et ont formé le manteau. Cette ségrégation s’est produite au cours des 60 premiers millions d’années du Système solaire.

Hanika Rizo s’intéresse aux isotopes, ces variantes d’un même élément chimique qui se cachent dans la roche. « Dans les premiers 50 à 500 millions d’années de l’histoire de la Terre, des isotopes instables présents en faible quantité se sont entièrement désintégrés. Mais ils ont laissé des traces qui sont aujourd’hui très utiles pour étudier des processus arrivés tôt dans l’histoire de la Terre », explique-t-elle.

Mais voilà que, après 4,5 milliards d’années de mouvements de convection et de tectonique des plaques, on considère que le manteau de la Terre a été tellement brassé qu’il est devenu totalement homogène et que les traces de son commencement ont disparu. C’était avant que ne soit analysée cette jeune roche du Nunavut.

Il a fallu un mois à la chercheuse pour analyser la composition d’un premier échantillon, avec une précision qui n’est possible que depuis quelques années. Elle a remarqué un rapport isotopique – le rapport entre deux isotopes – anormal pour ce qui est du tungstène-182 et 184. L’anomalie s’est confirmée dans toutes les roches extraites de l’île Padloping.

« Du hafnium-182 était là au début du Système solaire, indique Hanika Rizo. Il s’est désintégré très vite pour former du tungstène-182. » Une mutation qui s’est produite au cours des premiers 50 millions d’années. Ce tungstène s’est ensuite dispersé dans le manteau par brassage. Mais la roche du Nunavut en contient une quantité inhabituelle, ce qui indiquerait qu’elle provient d’un réservoir profond du manteau resté intact depuis la formation de la Terre. La chercheuse a repéré la même singularité dans des roches également produites par une volumineuse éruption il y a 120 millions d’années et trouvées au sein du plateau submergé d’Ontong Java, au nord des îles Salomon, dans l’océan Pacifique.

Le résultat, publié dans la revue Science, avec des collègues nord-américains qui ont fourni leur aide à cette recherche, nous apprend que le manteau de la Terre n’est pas homogène; des sections semblent être restées isolées depuis sa formation, malgré la convection et la tectonique des plaques. Cela va à l’encontre de tous les modèles concernant la dynamique du manteau terrestre !

C’est Don Francis, professeur émérite à l’Université McGill, et également auteur de l’article dans Science, qui a rapporté ces roches du Nord, il y a plusieurs années. Au départ, il s’y était rendu parce qu’il s’intéressait aux laves riches en magnésium, qui sont généralement moins altérées. Ses cailloux ont finalement beaucoup servi. « D’autres chercheurs ont relevé des compositions isotopiques témoignant de la vieillesse des laves sources de ces roches. Mais Hanika a repoussé davantage cet âge. » Repoussé à la tendre enfance de la Terre.
 
Ont aussi participé à la découverte : des chercheurs du Carnegie Institution for Science, de l’université de Californie à Davis et de l’université de Californie à Santa Barbara.


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