Durée de la cristallisation de la croûte Archéenne fondue : le milliard !

Communiqué de Presse UPS

Le cœur de la plupart des continents est formé d’une croûte très ancienne, appelé craton, et datée de l’Archéen (entre – 3,9 et – 2,5 milliards d’années). Ces régions sont essentiellement composées de roches issues de magma et de sédiments ayant subi des transformations sous l’effet de fortes températures et/ou pressions. Leur formation est classiquement interprétée comme étant associée à la répétition de phénomènes tels que le panache mantellique (remontée de roches anormalement chaudes dans le manteau terrestre) ou la subduction (processus moteur de la tectonique des plaques). Néanmoins, ce paradigme est remis en question par des scientifiques des laboratoires Géosciences environnement Toulouse (GET-OMP – CNRS/IRD/CNES/UT3 Paul Sabatier) et GeoRessources Nancy (Université de Lorraine/CNRS/CREGU) sur la base d’un modèle thermique relativement simple. Leurs travaux sont publiés dans la revue Comptes Rendus Geoscience de l’Académie des sciences.

Le gradient géothermique, c’est à dire l’évolution de la température avec la profondeur, au sein de la croûte est contrôlé par le flux de chaleur venant du manteau terrestre. A ceci s’ajoute la production de chaleur due à la désintégration des isotopes radioactifs (Uranium 238 et 235, Thorium 232 et Potassium 40) préférentiellement concentrés dans la croûte continentale.

Refroidissement séculaire de la croûte archéenne en lien avec la diminution de la teneur en éléments radioactifs au cours de l’histoire de la Terre. Persistance d’une racine partiellement fondue pendant près d’un milliard d’années.

L’efficacité de cette production de chaleur étant décroissante avec la demi-vie de ces isotopes, il est possible de remonter le temps et de recalculer la production de chaleur des noyaux Archéens en prenant en compte leur teneur actuelle en Uranium, Thorium et Potassium. Ce calcul met en évidence qu’il y a 3,9 milliards d’années, la température à la base de la croûte continentale était proche de 900°C, alors qu’elle est de l’ordre de 600°C en moyenne aujourd’hui.

En conséquence, la croûte continentale devait être partiellement fondue sur près de la moitié de son épaisseur, ce qui est cohérent avec les températures déduites à partir de l’analyse des équilibres minéraux des roches et l’omniprésence de migmatites (roches étant passées par un état partiellement fondu). Mais surtout, en prenant en compte uniquement la diminution de la production de chaleur par désintégration radioactive au cours du temps, il apparait que la cristallisation de cette croûte partiellement fondue peut prendre de l’ordre du milliard d’années !

Instabilités gravitaires (convection-diapirisme) au sein de la croûte archéenne et différentiation. © Olivier Vanderhaeghe – GET

Ce résultat ouvre de nouvelles perspectives pour l’interprétation de l’enregistrement géologique particulier des cratons Archéens. Dans ce cadre, l’étalement des âges obtenus sur les migmatites et granites par la méthode de datation « Uranium-Plomb sur Zircon » est attribué à la convection à l’échelle de la croûte partiellement fondue. Cela permet alors sa différentiation qui se finalise par le développement de diapirs, structures résultant de la remontée de roches plus légères à travers des roches plus denses, à l’origine des grandes structures en dômes et bassins typiques des cratons Archéens.

Contact : Olivier Vanderhaeghe, enseignant-chercheur à l’UT3 Paul Sabatier
Laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET-OMP– CNRS/IRD/CNES/UT3 Paul Sabatier)

Sources :

Olivier Vanderhaeghe, Célia Guergouz, Cécile Fabre, Stéphanie Duchêne, David Baratoux, Secular cooling and crystallization of partially molten Archaean continental crust over 1 Ga, Comptes Rendus Geoscience (2019) https://doi.org/10.1016/j.crte.2019.07.002

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