Les continents de la Terre sont peut-être nés sous de grandes chaînes de montagnes comme les Andes.
De nouvelles recherches combinant un mystérieux oligo-élément manquant, une roche vieille de 66 millions d'années érodée par un ancien volcan et une base de données de toute la chimie des roches analysée par les scientifiques au cours du siècle dernier expliquent pourquoi la Terre a des continents. Publiée le 16 janvier dans la revue Nature Communications, l'étude suggère que là où naissent les montagnes, les continents aussi.
"C'est comme un puzzle", a déclaré Ming Tang, responsable de l'étude, chercheur postdoctoral en géologie à la Rice University de Houston. "Il y a une partie manquante dans ce puzzle continental, et il semble que nous ayons trouvé la réponse."
La pièce manquante
La pièce manquante est un métal des terres rares appelé niobium. Dans la couche intermédiaire de la Terre, appelée le manteau, ainsi que dans la croûte océanique (la partie de la couche extérieure de la planète couverte par les mers), le niobium et un autre élément des terres rares, le tantale, coexistent généralement dans un rapport cohérent. La croûte continentale est étrange, a déclaré Tang à Live Science. La croûte qui compose les continents est relativement faible en niobium.
Le cas de ce niobium manquant dans la croûte continentale a harcelé les géoscientifiques pendant des décennies. Tang est allé le chercher dans une base de données de géochimie des roches maintenue par l'Institut Max Planck en Allemagne. Il a fouillé les zones de subduction, où la croûte se moud dans le manteau et les magmas se forment. Ce magma, une fois refroidi, a le potentiel de créer des continents. Le niobium ne manquait pas dans bon nombre de ces zones de subduction, a découvert Tang. Mais il était bizarrement absent dans certaines régions de montagne comme les Andes.
Les Andes sont une région de construction de montagnes massive, alimentée par la tectonique à proximité d'une zone de subduction. Alors que la croûte océanique au large des côtes de l'Amérique du Sud croît sous la croûte continentale, les Andes agitées montent et le magma crache de certains des volcans les plus élevés de la Terre, a déclaré Tang.
Des régions comme les Andes - qui se forment au sommet d'une zone de subduction - sont connues sous le nom d'arcs continentaux, et elles sont spéciales parce que la croûte y est environ deux fois plus épaisse que la croûte continentale régulière, a déclaré Tang. Malheureusement, la chimie des roches au fond de cette croûte est un mystère. À près de 50 miles (80 kilomètres) sous la surface, ces roches sont inaccessibles.
Entrez dans le xénolithe
Heureusement, les montagnes de la Sierra Nevada de l'ouest des États-Unis étaient une région de construction de montagnes active, comme les Andes aujourd'hui. Tang, avec le pétrologue de l'Université Rice Cin-Ty Lee, et leurs collègues ont analysé un échantillon de roche qui s'est formée il y a environ 66 millions d'années et a été poussée à la surface lors d'une éruption volcanique il y a environ 25 millions d'années. Cette roche, appelée xénolithe, s'est formée à l'origine à la base de la Sierra Nevada alors qu'ils étaient un arc continental actif - les chercheurs ont trouvé la roche en Arizona.
La roche "pourrait fournir un très bel et excellent analogue à la croûte profonde sous les Andes", a déclaré Tang.
L'analyse a montré que le xénolithe de l'arc continental avait du niobium supplémentaire. Tang et ses collègues avaient trouvé l'élément de terres rares manquant sur le continent: le niobium perdu est coincé au fond des arcs continentaux.
Le niobium est piégé si profondément en raison des conditions uniques sous ces sections super épaisses de la croûte terrestre. Sous les arcs continentaux, en raison de la croûte épaisse, le manteau est sous haute pression, a déclaré Tang. Sous haute pression, un minéral de titane appelé rutile cristallise dans le magma. Le rutile arrive à piéger de grandes quantités de niobium et pas beaucoup de tantale. Il est également très dense, il tombe donc profondément dans la croûte lorsque d'autres roches circulent vers la surface.
Parce que la croûte continentale manque de niobium, elle doit s'être formée dans ces conditions d'arc continental, a expliqué Tang. Et cela signifie que des endroits comme les Andes ont probablement détenu la graine de tous les continents sur Terre aujourd'hui.
"Chaque morceau de continent sur lequel nous nous trouvons actuellement a probablement commencé avec ces processus de construction de montagnes", a déclaré Tang.
