Témoins des premiers temps de la Terre

Quelle est la composition exacte de la Terre au plus profond de ses entrailles ? Les spécialistes des sciences de la Terre tentent de répondre à cette question à l'aide de procédés sophistiqués. ? l'aide d'ondes sismiques, par exemple, ils reconstruisent les structures à l'intérieur de la Terre, ce qui permet de tirer des conclusions sur la dynamique des événements et donc, indirectement, sur la composition des roches.

A certains endroits, il existe aussi des témoins à la surface de la Terre qui donnent des informations directes sur le manteau terrestre profond. On sait par exemple, gr?ce aux données sismiques mentionnées, que le matériau de lave de certaines ?les volcaniques comme Hawaii doit provenir de très grandes profondeurs. Pendant longtemps, elle s'est élevée sous forme de bulle chaude depuis les zones les plus basses du manteau terrestre, près de la frontière avec le noyau terrestre, jusqu'à la surface de la Terre.

La combinaison aide à avancer

L'analyse chimique de ces roches volcaniques permet certes de tirer des conclusions sur la structure du manteau terrestre au plus bas. Mais il y a un hic : les plus anciennes de ces ?les volcaniques ont à peine 150 millions d'années, elles sont donc encore relativement jeunes. Si l'on veut retracer l'évolution du manteau terrestre profond sur les 4,5 milliards d'années passées à l'aide de ces seules roches, on n'ira pas bien loin.

Heureusement, une autre source permet de faire la lumière sur cette question : les kimberlites proviennent également en grande partie des couches les plus profondes du manteau terrestre. Et elles sont bien plus anciennes que les basaltes des ?les volcaniques. Les kimberlites les plus anciennes ont plus de 2 milliards d'années et on les trouve surtout dans les vieux noyaux des continents.

Des demi-vies très longues

FNS Ambizione Fellow Andrea Giuliani et le post-doctorant Angus Fitzpayne du Département des sciences de la Terre ont désormais rassemblé des données sur la composition des kimberlites, en collaboration avec des collègues américains et australiens, et les ont complétées par leurs propres données de mesure. Les scientifiques se sont concentrés sur les isotopes de trois éléments : le strontium, le néodyme et le hafnium. Ces trois éléments permettent de reconstituer la composition du matériau d'origine de ces roches tout au long de l'histoire de la Terre, car les isotopes radioactifs de ces éléments ont des demi-vies très longues.

Gr?ce à ces données, Giuliani et ses collègues ont pu montrer que les kimberlites et les basaltes des ?les volcaniques ont le même matériau de base. Ils ont ainsi également pu clarifier une question sur laquelle les géologues sont en désaccord depuis longtemps. Alors que certains géologues postulent qu'il doit s'agir d'un matériau ancien datant des débuts de la Terre, d'autres pensent que ce matériau ne s'est formé que plus tard, suite à des bouleversements dans le manteau terrestre.

Ressemblance avec des météorites chondritiques

Les chercheurs ont maintenant extrapolé, sur la base des données, la composition isotopique des roches étudiées il y a 4,5 milliards d'années. Ils en concluent que le matériau originel des roches devait avoir une composition similaire à celle des météorites chondritiques à partir desquelles la Terre s'est formée. En d'autres termes, la partie la plus basse du manteau terrestre contient effectivement du matériel inchangé datant des débuts de la Terre.

Giuliani admet que les résultats publiés récemment dans la revue spécialisée page externePNAS publiées sont encore quelque peu spéculatives. "Les roches les plus anciennes que nous avons prises en compte ont environ 2 milliards d'années", explique-t-il. "C'est pourquoi notre estimation est encore un peu incertaine". Dans une prochaine étape, le chercheur souhaite inclure dans son analyse d'autres kimberlites plus anciennes ainsi que d'autres types de roches afin d'affiner encore notre image du manteau terrestre inférieur.