Hervé Martin - Université Bordeaux 1
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L’environnement de la Terre primitive<br />
<strong>Hervé</strong> MARTIN<br />
Laboratoire Magmas et Volcans (Clermont-Ferrand)
Échelle des temps géologiques<br />
2 : HADÉEN 1 : ARCHÉEN
Les gneiss d’Acasta, (Canada), sont les plus vieilles roches<br />
actuellement connues sur Terre
Répartition géographique des terrains Archéens
La croûte continentale archéenne
Le socle granito-gneissique : les gneiss gris<br />
Vieux Gneiss Complexe Gneiss d’Amîtsoq de Gneissique Shaw (Australie) (Groenland) (Swaziland) = = 3,45 3,82 = Ga 3,644 Ga Ga
Les Ceintures de Roches Vertes<br />
Komatiite Basaltes tholéiitiques, Barberton (Afrique Kuhmo (Finlande) du Sud) = 3,445 = 2,65 Ga Ga
Les Ceintures de Roches Vertes<br />
Grauwackes Kuhmo (Finlande) = 2,65 Ga<br />
BIF Gopping Gap Pilbara (Australie) = 3,5 Ga
Les Ceintures de Roches Vertes<br />
Chert Sogimvelo Barberton (Afrique du Sud) = 3,445 Ga<br />
Stromatolite North Pole Pilbara (Australie) = 3,5 Ga
Les Plutons tardifs<br />
Granodiorite d’Arola (Finlande) = 2, 65 Ga
La croûte continentale archéenne
Les komatiites : une terre archéenne chaude<br />
1 cm
Les komatiites : une terre archéenne chaude
Les komatiites : une terre archéenne chaude<br />
Komatiites = laves ultrabasiques :<br />
SiO 2 = 45%; MgO = 25%<br />
Densité très élevée ~3,2<br />
Fort taux de fusion du manteau = 50% à 60%<br />
Température de mise en place très élevée<br />
= 1650°C<br />
Grande profondeur de genèse<br />
= contient du diamant<br />
Les komatiites n’existent qu’à l’Archéen
La croûte continentale archéenne<br />
Tdh = Trondhjémite<br />
To = Tonalite<br />
Gd = Granodiorite<br />
= TTG
La croûte continentale archéenne<br />
Croûte continentale<br />
archéenne = TTG<br />
Croûte continentale moderne<br />
= calco-alcaline
La croûte continentale archéenne<br />
Grenat<br />
Hornblende
La subduction aujourd’hui<br />
Age moyen de la croûte océanique lorsqu’elle rentre en<br />
subduction = 60 Ma ⇒ elle est froide
TODAY<br />
ARCHAEAN
La croûte continentale archéenne une subduction chaude<br />
TTG = tonalite – trondhjémite - granodiorite<br />
Engendrée par la fusion d’un basalte hydraté dans le<br />
domaine de stabilité du grenat et de la hornblende<br />
Fusion dans une zone de subduction: c’est la croûte<br />
océanique subductée qui fond<br />
Les TTG n’existent qu’à l’Archéen<br />
Après l’Archéen la Terre était trop froide<br />
pour engendrer des TTG
La tectonique des plaques archéenne<br />
Aujourd’hui, l’essentiel de la<br />
chaleur interne terrestre est<br />
évacué par les rides océaniques<br />
(magmatisme, hydrothermalisme)
La tectonique des plaques archéenne<br />
Il y a 4.0 Ga ago la production<br />
de chaleur terrestre était 4 fois<br />
plus élevée qu’aujourd’hui<br />
Cette chaleur a nécessairement<br />
été évacuée sinon la Terre<br />
aurait fondu, ce qui n’a pas été<br />
le cas<br />
Afin d’évacuer plus de chaleur, la convection a du être<br />
plus efficace:<br />
- convection plus rapide<br />
- plus grand longueur de ride
La Terre = surface constante : augmentation de la longueur de<br />
ride ⇒ diminution de la taille des plaques<br />
Aujourd’hui<br />
= plusieurs 10 3 km<br />
La tectonique des plaques archéenne<br />
Archéen<br />
= plusieurs 10 2 km
La tectonique des plaques archéenne<br />
Test de l’hypothèse = Analogue actuel
La tectonique des plaques archéenne<br />
Une plus grande longueur de ride<br />
favorise l’hydrothermalisme et la<br />
formation de cherts
La tectonique des plaques archéenne
La tectonique des plaques archéenne<br />
Plaques plus petites<br />
Déplacement des plaques plus rapide<br />
Subduction chaude et plate (angle faible)<br />
Plaque subductée fond au lieu de se déshydrater<br />
La plus grande longueur de ride favorise<br />
l’hydrothermalisme<br />
Existait-il des continents émergés?
Existait-il des continents émergés à l’Archéen<br />
Croûte continentale n’implique pas nécessairement continent émergé<br />
Barberton 3,5 Ga : fentes de dessication ⇒<br />
Barberton 3,5 Ga : conglomérat à galets de TTG ⇒<br />
émersion<br />
3.865 Ga à Isua et Akilia (Groenland) : sédiments<br />
détritiques ⇒ Continent émergé<br />
émersion
Existait-il des montagnes à l’Archéen<br />
Plus grande production de chaleur à l’Archéen<br />
⇒ Lithosphère continentale plus molle et plus ductile<br />
⇒ Les chaînes de montagnes ne pouvaient pas se maintenir<br />
longtemps à une altitude élevée mais devaient s’effondrer<br />
En 2006 à Barberton (Afrique du Sud) découverte de cristaux de<br />
grenat datant de 3.4 Ga ayant enregistré des pressions de 15 kbar<br />
(croûte continentale de ~45 km) ⇒ des montagnes ont existé il y a<br />
3.4 Ga
La croissance crustale a été épisodique
2 : HADÉEN
Jack Hills (Australie) meta-conglomérat<br />
Jack Hills<br />
Metaconglomerate,<br />
Australia
Jack Hills (Australie) cristaux de zircon
Jack Hills (Australie) cristaux de zircon
Jack Hills (Australie) cristaux de zircon
Croûte continentale et océans Hadéens<br />
Zircons de Jack Hill<br />
Contiennent des inclusions de minéraux “granitiques” :<br />
(quartz, plagioclase et micas)<br />
(La/Lu) N des zircons ⇒ (La/Lu) N du magma ~ 200 = TTG<br />
⇒ Magma évolué de composition TTG<br />
Une croûte continentale stable existait déjà il y a 4.4 Ga
Océan Hadéen ?<br />
Les gneiss d’Isua et d’Akilia (3.865 Ga) sont des roches<br />
sédimentaires ⇒ il y avait de l’eau liquide sur Terre il y a<br />
3.87 Ga
Croûte continentale et océans Hadéens<br />
Zircons de Jack Hill<br />
δ 18 O dans zircon = 5 to 7.4 ‰<br />
⇒δ 18 O dans magma = 8.5 to 9.5 ‰<br />
⇒ La source du magma a fortement interagi avec de l’eau liquide<br />
4.568 Ga : Accrétion<br />
L’eau liquide s’est condensée avant 4.4 Ga<br />
Des continents existaient déjà il y a 4.4 Ga<br />
Les conditions pour la chimie prébiotique et pour<br />
l’apparition de la vie étaient potentiellement réunies
Que sait-on de la Terre avant 4.4 Ga?<br />
Différenciation Diff renciation Noyau - Manteau : radioactivités<br />
radioactivit s éteintes teintes<br />
182 Hf → 182 W (T1/2 = 9 Ma)<br />
Tout 182 Hf disparaît pour T
L’océan magmatique Hadéen<br />
146 Sm → 142 Nd (T1/2 = 103 Ma) fractionnement silicate/silicate<br />
avant totale désintegration de 146 Sm ⇒ < 150 Ma
IMPLICATIONS POUR L’EMERGENCE DE LA VIE<br />
Hadéen précoce (4.568-4.40 Ga)<br />
Océan magmatique<br />
Hadéen tardif (4.40- 4.00 Ga)<br />
Croûte continentale, eau liquide<br />
(océan)<br />
Archéen (4.00 – 2.50 Ga)<br />
Continents, océans, tectonique des<br />
plaques, etc.<br />
Pas de vie possible<br />
Conditions favorables à une<br />
possible émergence de la vie<br />
Bombardement Tardif Intense Stérilisateur ???<br />
Conditions favorables à<br />
l’évolution de la vie
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