Datation au moyen des zircons

Datation au moyen des zircons

Les plus vieux sédiments marins

L’hypothèse la plus probable concernant l’origine de l’eau sur Terre est que la totalité de l’eau inventoriée aujourd’hui était présente très tôt après la fin de l’accrétion de notre planète à partir de la nébuleuse proto-solaire. La question qui se pose maintenant est de savoir quand sont apparus les océans. Et, surtout quand ils sont devenus capables d’héberger des formes de vie. La famille U-Pb a permis la datation des plus vieux sédiments marins. On les trouve à l’ouest du Groenland avec un âge estimé à 4,865 ± 11 milliards d’années. D’autres preuves de l’existence d’eau liquide très tôt sur Terre peuvent être trouvées en analysant des zircons ZrSiO4. En effet, ces minéraux granitiques sont riches en uranium présent à l’état de trace. Par conséquent, ils peuvent servir de témoins de la genèse magmatique.

Les zircons

On trouve, en effet, piégés dans les zircons les isotopes stables 206,207Pb. Ces isotopes proviennent de la décomposition radioactive des isotopes instables 235,238Pb. De fait, les nucléides parents ainsi que leurs produits dérivés restent présents dans les roches. Et, ce même si les cristaux sont retirés de la roche hôte par l’érosion. Ou bien encore transportés comme grains détritiques, déposés ou encore altérés de manière hydrothermale et métamorphosés. Les zircons sont donc d’excellents géo-chronomètres pour dater les roches très anciennes. L’âge U-Pb de zircons en provenance de l’ouest australien a pu ainsi être estimé entre 4,28 et 4,40 milliards d’années.

Les zircons sont des minéraux silicatés trouvés dans des roches intermédiaires acides (granites). Leur présence suggère donc très fortement l’existence d’une croûte continentale différenciée 150 millions d’années après la fin de l’accrétion de la Terre. L’aspect le plus intriguant de ces zircons concerne leurs rapports isotopiques 18O/16O, noté δ18O. Ces rapports sont compris entre 5,0 ‰ et (7,4 ± 0.7) ‰. La première valeur est très proche de celle du manteau terrestre, soit δ18O = (5.,3 ± 0.3) ‰.

Un mélange entre le manteau et une source enrichie en 18O pourrait expliquer une telle valeur. Une interaction, directe ou indirecte, de ces zircons avec des eaux de surface serait la meilleure explication. En effet, les produits d’érosion ou d’altération à basse température de la croûte terrestre, comme la croûte océanique, se caractérisent tous par des signatures δ18O allant jusqu’à 10 ‰ comme le révèle la figure suivante :

Apparition d’eau liquide

On y voit que la signature δ18O des zircons de l’Hadéen, de l’Archéen et du Protérozoïque augmente progressivement. Principalement en raison de l’évolution et de la maturation d’une croûte continentale « humide » durant tout le Précambrien. D’autres preuves peuvent également être avancées pour l’existence d’une eau liquide apparue très tôt dans l’histoire de la Terre. Il y a, par exemple, la signature isotopique du néodyme et du strontium dans des roches âgées de 3,80 à 4,04 milliards d’années.

Les rapports isotopiques suggèrent qu’entre 10 et 15% du volume total de la croûte continentale étaient déjà formés durant cette période. Cette croûte est composée de Trondhjemite, de Tonalite et de Granodiorite. Ces minéraux sont des sous-produits directs de basaltes hydratés fondus. Cela signifie donc que de grandes quantités d’eau étaient disponibles sur Terre bien avant 4 milliards d’années. Ce point étant éclairci, voyons maintenant une grande étape dans la formation des océans qui se trouve coïncider avec la formation de la Lune.

Référence

Daniele L. Pinti (2005), «The Origin and Evolution of the Oceans», Lectures in Astrobiology, Vol. 1. M. Gargaud, B. Barbier, H. Martin & J. Reisse Eds, Springer-Verlag, New York, Berlin, p.83-112.

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