La formation de la Terre

La Terre s’est formée à partir de débris d’un disque protoplanétaire en rotation autour du Soleil. La proto-Terre en orbite a attiré par accrétion nombre de petits corps. Grossissant et se réchauffant, cette boule de matière fondue ne présentait pas encore de croûte rocheuse, mais une mince atmosphère d’hydrogène et d’hélium se dispersant dans l’espace.

Cette ère géologique, baptisée éon hadéen, s’étend de l’origine de la Terre, il y a 4,6 milliards d’années, à environ 3,8 milliards d’années. Son nom vient d’un mot grec signifiant « enfer », un terme idéal pour décrire cette phase d’intenses bombardements de la Terre : une période parfois qualifiée « d’éon rocheux », malgré l’absence de croûte solide. La Terre est alors suffisamment massive et son champ gravitationnel suffisamment intense pour maintenir l’atmosphère en place. Cette atmosphère était composé d’un mélange hautement toxique de dioxyde de carbone, d’ammoniac, de méthane, d’azote, et de vapeur d’eau. Une fine croûte commence à se former vers la fin de l’éon hadéen et, malgré des températures encore chaudes, la vapeur d’eau se condense sous l’effet d’une pression atmosphérique élevée. Des pluies torrentielles s’abattent dans les océans en ébullition. L’oxygène libre n’existe pas encore car il est immédiatement lié à l’hydrogène et à d’autres éléments.

Volcan Semeru - Indonésie. L'intense tectonisme du début de l'ère archéenne était très différent de tout ce que nous connaissons aujourd'hui. De fréquentes et violentes éruptions volcaniques se sont probablement produites à la formation de la première croûte continentale.

La Terre commence à se stratifier

Au cours de cette première étape de formation, la force gravitationnelle de la Terre attire vers le centre les éléments les plus lourds (métaux comme le fer), et les éléments plus légers (oxygène, ou encore silice) remontent vers la surface. Enfin, la Terre commence à se diviser en trois couches distinctes de densité différente : le noyau, le manteau et la croûte.

Au centre de la Terre se trouve un dense noyau métallique, formé d’un noyau interne ou graine solide et d’un noyau externe liquide. Seule la phénoménale pression qui s’exerce vers le centre de la Terre parvient à maintenir le noyau sous forme solide ; sans pression, il serait lui aussi sous forme liquide. Le manteau qui enveloppe le noyau est essentiellement composé de magnésium, de silice, d’oxygène, qui se combinent pour former un minéral connu sous le nom d’olivine.

Très recherchée, l'Olivine est un minéral particulièrement abondant. Il se forme dans le manteau sous la croûte terrestre. Présente de façon significative dans le magma, l'Olivine peut remonter en surface sous l'effet de l'activité volcanique.

Parfois, des fragments du manteau, dont des diamants qui se forment également, rejoignent la surface, transportés par de rapides remontées de magma. Une fine et fragile croûte de faible densité, semblable à la coquille fissurée d’un oeuf dur, repose sur le manteau. La croûte est presque exclusivement constituée d’éléments parmi les plus légers (silice, aluminium et oxygène) se combinant pour former des minéraux de feldspath et de quartz.

L’éon archéen – Début de la formation des roches

La Terre est encore le siège d’intense activité sous l’éon archéen qui suit l’éon hadéen, entre 3,8 et 2,5 milliards d’années. La surface de la Terre est brûlante et les continents ne sont pas encore formés (probablement en raison des impacts de lourdes météorites qui s’abattent toujours sur la croûte et d’une formidable activité tectonique qui recycle les plaques à un rythme particulièrement rapide. Vers la fin de l’éon archéen, l’activité tectonique ralentit jusqu’à atteindre un niveau qui est encore aujourd’hui le sien.

Les rares traces des toutes premières roches terrestres se retrouvent aujourd’hui au coeur des régions les plus anciennes des continents (connues sous le nom de boucliers continentaux), en Afrique, en Australie, au Groenland, et en Amérique du Nord. 

Source chaude en Islande. Etant donné l'activité géothermale et volcanique permanente dans ce pays, l'Islande ressemble sans doute à ce qu'était la Terre jeune.

Le minéral le plus ancien est un cristal de zircon de 4,4 milliards d’années, mais qui ne forme plus une roche à part entière. Il s’agit en fait d’une inclusion recyclée dans des roches bien plus jeunes. Les formations rocheuses les plus anciennes sont celles de la ceinture de roches vertes du complexe d’Isua, au Groenland. Ces formations de 3,8 milliards d’années se présentent surtout sous forme de roches métamorphiques et ignées altérées. Des traces de carbone organique y ont été décelées, témoignant de la présence passée de roches sédimentaires et de l’apparition, dès cette époque, d’une forme de vie primitive sur Terre.

Ces roches orangées (aussi appelées roches serpentines) du Parc national Gros Morne de Terre-Neuve, au Canada, sont des roches du manteau. Le granit affleurant est daté de l'ère précambrienne. Peu de sites recèlent des roches si anciennes.

Début de la vie sur Terre

Si l’atmosphère de l’éon archéen manque encore d’oxygène libre, la température a chuté à un niveau acceptable et de vastes océans se sont formés. Il y a près de 3,5 milliards d’années, des cyanobactéries primitives (simples cellules procaryotes sans noyau) apparaissent dans les océans. Leur nombre se multiplie rapidement et elles commencent à former des structures solides en dôme ou stromatolites, par dépôt de couches concentriques de carbonate de calcium. Ces simples bactéries bâtissent de gigantesques formations récifales qui donnent naissance aux premières roches roches calcaires. Ces récifs de stromatolites ont été largement remplacés par des récifs coralliens plus récents (un exemple vivant de ce type de formations récifales peut être admiré à Shark Bay, en Australie-Occidentale).

Cyanobactéries Spirulina sp. Des cyanobactéries ont été découvertes dans des fossiles de plus de 3,5 milliards d'années. Il est possible que les premières formes de vie soient apparues à l'ère archéenne: sans doute des organismes unicellulaires et sans noyau baptisés procaryotes. Des formes de vie plus complexe ont pu exister sans laisser de traces fossiles.

Récif de stromatolites

L’éon protérozoïque – Formation d’oxygène dans l’atmosphère

Le protérozoïque est le dernier éon avant le développement des formes de vie complexes qui vont littéralement exploser et se multiplier sur Terre au début de l’éon phanérozoïque. L’éon protérozoïque débute à la fin de l’éon archéen, il y a 2,5 milliards d’années, pour s’achever il y a 542 millions d’années. Les trois premiers éons, hadéen, archéen et protérozoïque, couvrent une période désignée de façon informelle sous le nom de Précambrien.

Il y a près de 2,3 milliards d’années, l’oxygène produit par la photosynthèse atteint un taux significatif au sein de l’atmosphère. Ce processus se met en place après saturation de tous les éléments (soufre, fer) se liant facilement avec l’oxygène. On trouve trace de cette élévation du taux d’oxygène dans les formations de fer rubané (ces étonnantes roches sédimentaires alternant des couches rouge et argent renferment la majeure partie des réserves mondiales de minerai de fer. Ces couches montrent que la concentration en oxygène croît et décroît selon des cycles saisonniers. On pense que l’oxygène libre contaminait les bactéries qui le produisaient, avant de s’épuiser par oxydation du fer disponible. Le cycle recommençait avec l’augmentation du nombre de bactéries et l’élévation du taux d’oxygène dans l’atmosphère. Le dépôt de ces roches sédimentaires singulières a cessé bien avant 1,9 milliard d’années, ce qui indiquerait que le taux d’oxygène atmosphérique s’était alors stabilisé à un niveau élevé.

Gisement de fer rubané

La Terre se refroidit

Les roches de l’éon protérozoïque offrent une image plus détaillée de l’histoire géologique de la Terre car, comparées aux roches des éons précédents, elles sont plus abondantes et moins altérées et transformées par le métamorphisme. Ces roches révèlent que des blocs continentaux se sont rapidement formés par un phénomène d’accrétion, avant de se séparer puis de se réunir pour donner naissance à un supercontinent, selon un cycle dit « des supercontinents ». Des sédiments se déposent dans les mers peu profondes, et la première glaciation débute.

On distingue au moins quatre grands épisodes glaciaires sous l’éon protérozoïque. Tout commence à l’Huronien, de -2,4 à -2,1 milliards d’années, et culmine au Cryogénien (Sturtien-Varangien), de -850 à -635 millions d’années. Cette période de glaciation conduit le globe à un état qualifié de « Terre boule de neige ».

La Terre, depuis sa formation, a connu quatre glaciations majeures. Le dernier épisode glaciaire débuta au Tertiaire, il y a plus de 15 millions d'années, atteignant un pic au Quaternaire il y a 2,59 millions d'années. Les calottes glaciaires de l'Antarctique (sur la photo) et de l'Arctique sont les vestiges des couches de glace qui recouvraient plus de 30% de la planète.

Développement de la vie au Protérozoïque

L’élévation du taux d’oxygène produit par les cyanobactéries participe à la création d’une couche d’ozone qui bloque le rayonnement ultraviolet émis par le Soleil, transformant la Terre en un milieu plus sûr et propice au développement de formes de vie plus complexes.

Il semble que la première cellule complexe ait évolué par symbiose ou coopération mutuelle, selon un processus qualifié d’endosymbiose. Selon cette hypothèse , de grandes cellules procaryotes auraient absorbé de plus petites cellules procaryotes hautement oxydantes qui se seraient transformées en mitochondries (convertisseurs d’énergie de la cellule).

Mitochondrie observée au microscope

Les procaryotes auraient aussi absorbé des cellules procaryotes photosynthétiques, qui auraient évolué en chloroplastes (source de nourriture des cellules végétales). Ainsi serait apparue une forme de vie complexe, la cellule eucaryote. Les eucaryotes monocellulaires comme les acritarches auraient évolué et se seraient multipliés dans les océans de l’éon protérozoïque, alors que les stromatolites procaryotiques continuaient à se diversifier, avec un pic d’abondance il y a environ 1,2 milliard d’années.

L’éon protérozoïque arrive à son terme à la fin de l’Ediacarien, il y a 542 millions d’années. Pendant cette période, divers organismes pluricellulaires se développent. Mais ces organismes à corps mou ont laissé peu de traces fossiles. C’est aussi à cette époque qu’apparaissent les premiers animaux à coquille, les Cloudina. La période cambrienne de l’éon phanérozoïque s’ouvre avec l’évolution de la plupart des grands groupes animaux, dont une multitude d’organismes dotés de parties solides (tissus de soutien, pseudo-dents ou coquilles protectrices).

Premiers animaux à coquille, les Cloudina

Les premières formes de vie du Cambrien incluent les archéocyathides s’apparentant à des éponges calcaires et les premiers arthropodes (trilobites). Le plus célèbre des gisements fossiles datant du Cambrien est celui des schistes de Burgess, en Colombie-Britannique (Canada) inscrit sur la liste du patrimoine mondial de l’Unesco.

Fossile de trilobite (Arthropode)

Parc des Rocheuses Canadiennes au sein duquel on peut trouver le gisement fossilifère de Burgess Shale.

Publicités

2 commentaires pour La formation de la Terre

  1. J’aime beaucoup ton article =) De mon côté, je suis en train de lire Homo Disparitus, lorsque je l’aurai terminé, je ferai un article sur « comment l’homme a détruit la nature et surtout comment la nature réagira à la disparition de l’homme ». Un bon moyen de recouper les infos… Très beau blog Kiwito 😉

  2. Le Musée de Paléontologie et de l’Évolution est situé à Montréal. C’est un organisme sans but lucratif. Nous organisons une exposition cet automne. L’entrée sera gratuite. Nous serait-il possible d’utiliser la photo « récifs de stromatolites » dans un module de notre exposition?

    Merci

    Jean-Pierre Guilbault, vice-président du Musée

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s