Poussières d'étoiles
1- Formation du système solaire
2- Etat des lieux
3- Terre Mère
Terre Mère
Naissance de la Lune
Il y a 4,5 milliards d'années la Terre, qui est à peine formée, n'est pas seule. Elle possède une planète soeur de la taille de Mars tournant elle aussi en orbite autour du Soleil. Comme elles suivent une courbe elliptique similaire une collision semblait un jour innévitable. On aurait pu penser que l'impact entre ces deux corps célèste aurait lieu au ralentit mais en fait la Terre est percutée à près de 50 000 km/h. Une fantastique explosion se produit. Au plus fort de l'impact la Terre apparaît comme une boule de feu plus brillante que le Soleil, et près de 8 milliards de mètres cubes de roches en fusion sont catapulté en orbite autour de la Terre. En quelques millions d'années les gaz et les minéraux éjectés s'agrègent en un satellite : la Lune.
À la suite de ce choc titanesque le système Terre-Lune commence à fonctionner en une remarquable sinergie. Au départ les deux astres sont éloignés de 30 000 km seulement (384 000 km aujourd'hui), et dans le ciel la taille de la Lune est plus de 10 fois supérieur à celle d'aujourd'hui. Il y a des centaines de millions d'années l'attraction gravitationnelle de la Lune, alors si proche de la Terre, était très forte, elle a engendré des mouvements de grandes amplitudes dans la lave en fusion gaillisant des entrailles de la Terre.
L'influence de notre satellite est considérable, on parle même de la Terre et de la Lune comme d'une "planète double". La Lune stabilisa l'axe de la Terre et ralentit sa période de rotation diminuant ainsi les forces de Coriolis, alors moins grandes à l'équateur, empêchant la formation de vents violents (de l'ordre de 350 km/h) qui auraient pu balayer la biosphère.
La première croûte terrestre
La formation de la croûte terrestre primitive est assez mal connu, les traces de son passages sont difficile à trouver.
« [...] la première croûte terrestre se serait bel et bien formée vers -4,45 milliards d'années, soit
environ 100 millions d'années après le début de l'histoire du système solaire. De plus, une comparaison avec les roches du
manteau actuel montre que cette croûte a dû survivre entre 700 et 1 000 millions d'années avant de se « remélanger » efficacement
dans le manteau. D'après nos récentes recherches et modéalisations numériques, une hypothèse vraisemblable est que cette croûte
a été le dernier liquide à cristalliser après le stade de fusion complète du manteau terrestre appelé « océan de magma ».
Mais ce débat n'est pas encore clos comme viennent de le montrer les travaux de Maud Boyet et Rick Carlson de la Carnegie
Institution. Ces chercheurs ont mesuré de nouveau l'abondance du néodyme-142 dans les chrondrites [des météorites]. Et, ô
surprise, elle était différente de celle des roches terrestre analysées jusqu'à présent. Ils en ont déduit, comme nous, que la
Terre a dû se différencier très tôt. Mais aussi que la croûte produite par cette différenciation serait « enfouie » à la limite
noyau-manteau. Cette hypothèse d'un réservoir caché est cependant loin de faire l'unanimité. »
Fabienne Lemarchad, journaliste scientifique, avec la collaboration de Paul Tapponier
et d'Edouard Kaminski, de l'Institut de physique du Globe de Paris et de l'université Paris-VII-Denis-Diderot.
[Les dossiers de La Recherche n°25 - novembre 2006]
Tectonique des plaques
Une centaine de millions d'années après la formation de la Terre les premiers océans auraient permis de refroidir suffisamment
la surface pour qu'une fine coque rigique apparaisse. Mais la Terre primitive était beaucoup plus chaude qu'actuellement et la
convection plus vigoureuse. Les plaques auraient donc pu être beaucoup plus minces, plus petites et plus nombreuses. Plus éphémère
aussi. Pour d'autres spécialistes, cette convection était justement bien trop vigoureuse pour qu'une tectonique des plaques
puisse se stabiliser. Pour eux, la tectonique des plaques serait apparue plus tardivement, après 1,5 à 2 milliards d'années d'activité.
Peut-elle s'arrêter dans le futur ? Difficile à dire. Mais il est probable qu'à mesure que la Terre se refroidira, le processus
se ralentira (cela devrait prendre plusieurs milliards d'années).
Les premiers océans
« Il y avait donc de l'eau liquide à la surface de la Terre 150 à 200 millions d'années après
le début de la formation du système solaire. Mais d'où venait-elle ? Il est probable qu'elle fut apportée par les
objets au cours des 100 millions d'années qui ont suivi la création de la Terre. Car au moment de sa formation, notre
planète était probablement sèche. D'ailleurs, si la Terre est souvent qualifiée de « planète bleue » en raison des vastes
étendues océaniques qui la recouvrent, elle reste pauvre en eau en comparaison avec d'autres corps du système solaire.
Les 1 400 millions de milliards de tonnes d'eau contenus dans les océans ne représentent en effet que 0,025 % de la
masse totale de la Terre. Le manteau terrestre, qui s'étend entre 30 et 2 900 kilomètres sous nos pieds, pourraient en
renfermer cinq fois plus. Même dans ce cas, l'eau ne compterait que pour 0,2 % de la masse de la Terre ! En comparaison,
elle représente en moyenne 10 % de la masse de certaines météorites riches en éléments volatils, et 50 % de celle
des comètes...
[...]
En 2000, l'équipe d'Alessandro Morbidelli, de l'observatoire de Nice, a modélisé la naissance du système solaire.
Leur conclusion : la naissance de Jupiter, 10 à 30 millions d'années après la formation du Soleil, a modifié les orbites
des gros astéroïdes de composition chondritique; lesquels auraient alors été déviés vers la Terre, y apportant
l'eau. Mais, toujours selon Alessandro Morbidelli, les collisions avec des corps de la taille de Mars, comme celui qui
a abouti à la formation de la Lune, quelques 30 millions d'années après la naissance du système solaire, auraient pu
vaporiser la majeur partie de cette eau. Les calculs réalisés récemment par Hidenori Genda et Yataka Abe, de l'université
de Tokyo, suggèrent cependant que des protos-océans auraient subsisté.
Le moment exact du délit est lui aussi invertain. Pour les uns, l'apport d'eau aurait été synchrone de l'accréation.
Pour d'autres, dont nous sommes, il serait intervenu après la différencitation du noyau terrestre. Il est trop tôt pour
trancher.
[...]
Pour imaginer ce à quoi ressemblait l'atmosphère primitive, il suffit d'opérer la transformation inverse : si les quelques 210 millions de milliards de tonnes de carbone présentes actuellement dans les roches sédimentaires étaient brusquement vaporisés, la pression partielle en dioxyde de carbone de l'air grimperait à 40 bars (0,0004 bar actuellement). Si l'eau des océans retournait, elle aussi, à l'état de vapeur, la pression augmenterait encore de 270 bars. On imagine sans peine l'effet de serre associé à une telle atmosphère : la chaleur évacuée par la Terre n'aurait pas pu s'échapper dans l'espace, ni l'eau se condenser, empêchant les océans de se former.
Alors que s'est-il passé ? En 2001, le géophysicien américain Norman Sleep, de l'université Stanford, aux Etats-Unis, a proposé un modèle intégrant la présence d'eau liquide, il y a 4,4 milliards d'années. L'effet de serre aurait perturé tant que le flux de chaleur émis par la Terre est resté supérieur au flux reçu du Soleil (de l'ordre de 150 W/m² à cette époque). Ce n'est que lorsqu'il se sont équilibrés en raison du refroidissement de la planète que l'effet de serre a pu faiblir, et la température de l'air diminuer. Les calculs thermodynamiques suggèrent que quelques millions d'années auraient suffi pour qu'elle descende en dessous de 1 300°C, permettant au magma basaltique de se solidifier. En bloquant le flux de chaleur internet, lié au refroidissement de la planète, cette proto-croûte aurait favorisé le refroidissement de l'atmosphère et, plus tard, la condensation de l'eau.
Les océans seraient donc nés de la condensation brutale de la vapeur d'eau dans l'atmosphère. Ils étaient alors très chauds, l'effet de serre lié au dioxyde de carbone maintenant encore des températures élevées. Les refroidir requiert un système efficace pour piéger le CO2 de l'atmosphère. Actuellement, cette fonction est surtout assurée par les organismes photosynthétiques. Mais il y a 4 milliards d'années, en l'absence d'une biosphère, le seul mécanisme plausible est le lessivage de la croûte océanique : les silicates (CaSiO3) réagissent avec le CO2 et sont convertis en silice (SiO2) et en biocarbonates (CaCO3). D'après nos calculs, il aurait fallu au moins 150 millions d'années pour ramener la pression de CO2 en déça de 25 bars et la température ambiante à environ 100°C (température de survie des bactéries hypermophiles).
Des conditions favorables à l'émergence de la vie existaient peut-être déjà dans les 300 premiers millions d'années d'existence de la Terre. Mais le bombardement météoritique et cométaire n'était pas terminé. Et les impacts de corps célèstes de grandes tailles ont pu réchauffer l'eau des océans néoformés (jusqu'à 110°C, voire 350°C) et les vaporiser à plusieurs reprises. Seuls des organismes hyperthermophiles auraient survécu, notamment sur le fond des océans, à proximité des sources hydrothermales. Il faudra attendre la fin du bombardement météoritique, vers 3,9 milliards d'années, pour que les océans se stabilisent enfin, permettant à la vie de s'épanouir. »Daniele L. Pinti, professeur au département des sciences de la Terre et de l'atmosphère de l'université du Québec, et Bernard Marty, professeur à l'Ecole nationale supérieure de géologie et directeur du Centre de recherche pétrographiques et géochimique (CNRS) de Vandoeuvre-Lès-Nancy.
[Les dossiers de La Recherche n°25 - novembre 2006]
Les premiers océans sont déchaînés en raison des violentes marées causées par la Lune alors très proche de la Terre, sa force d'attraction était 1000 fois superieur à celle d'aujourd'hui. Les océans déferlent sur la croûte terrestre nouvellement formé (vers -4 Ga), refroidissant et solidifiant le magma en fusion.
1,4 milliards d'années de patience
Une fois la Terre suffisamment refroidie et les océans stabilisés (vers -3,9 Ga), les premières formes de vies colonisent les océans. Mais à quoi ressemblent ces micro-organisme ? Nous l'ignorons encore. Les traces des tout premiers organismes ne sont pas facile à trouver puisque la Terre fut souvent remaniée en 3,8 milliards d'années, néanmoins certaines zones de la planète comme le Groenland, le nord-ouest de l'Australie ou encore l'Afrique du Sud recèlent des témoignages privilégiés de l'enfance de la Terre.
Depuis sa formation la Lune s'éloigne lentement de la Terre tout en ralentissant la vitesse de rotation de cette dernière, ainsi
il y a 3,8 milliards d'années les passages des phases jour/nuit sont plus doux et propice au développement de la vie à grande échelle.
De plus notre satellite se refroidit et sa surface solidifiée réfléchit les rayons du soleil. L'astre lunaire apparaît extrêment brillant,
particulièrement lors de la pleine Lune, ce qui a favorisé l'activité des stromatolites (ces structures calcaires [photo ci-contre]
formées il y a 3,5 milliards d'années par les cyanobactéries pratiquant la photosynthèse) qui sont parmi les plus anciennes
formes de vie terrestre et resteront presque l'une des seules jusqu'à il y a 550 millions d'années.
Une atmosphère riche en oxygène
Pour que la vie puisse coloniser la surface il a fallu attendre des centaines de millions d'années, le temps que l'atmosphère soit pourvue de suffisamment d'oxygène pour constituer un bouclier protecteur contre les rayons cosmiques. Or l'oxygène dégagé par les les cyanobactéries réagit avec le fer, alors très présent dans les océans, pour donner de l'oxyde de fer, de la rouille. Le processus se poursuit jusqu'à ce que la vie se développe suffisamment pour que la quantité d'oxygène dépasse les quantités de fer réduit de l'environnement.
« On admet généralement que l'oxygène libéré a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère vers 2,4 milliards d'années.
Les indices sont nombreux. Par exemple, avant cette date, le fer et l'uranium sont présents dans le sols sous
forme réduite ; après, sous forme oxydée. Cela suggère un changement radical des conditions d'oxydo-réduction à la surface de la Terre.
D'autres analyses, plus complexes, sur des échantillons vieux de plus de 2,4 milliards d'années, plaident en faveur d'une accumulation
tardive de l'oxygène. Cependant, des chercheurs ont récemment publiés les résultats qui ne vont pas dans ce sens. Toutefois, on est sûr
d'une chose : c'est la photosynthèse qui a produit l'oxygène. »
Bernard Marty
[Les dossiers de La Recherche n°25 - novembre 2006]
Avec la formation de la couche d'ozone va survenir un boom dans l'évolution des espèces (explosion du Cambrien, il y a 542 Ma) mais avant cela la croûte terrestre fut sérieusement secouée et engendra une longue glaciation.
Sortie des glaces
Il y a 800 Ma, la Terre n'était qu'un vaste océan d'où émergeait un unique gros continent centré sur l'équateur, la Rodinia. La température est estimée à 10,5°C en moyenne, soit légèrement plus fraîche qu'aujourd'hui. Avec une intensité plus faible de 6 %, le Soleil lui-même n'avait pas des rayons aussi ardents. Une journée durait moins de 22 heures et une année contenait 13 mois...
Sous l'effet d'une activité volcanique débridé qui dura 500 000 ans, 8 millions de kilomètres carrées de basalte sont déversés à la surface du globe. Le supercontinent, au climat très sec, commence à se fragmenter pour éclater en une mosaïque de plaques continentales livrées aux influences climatiques océaniques. L'érosion redouble, pendant que, dans les océans, la sédimentation consomme quantités de CO2. Selon les estimations l'éclatement aurait divisé partiquement par quatre la concentration du CO2.
Et il y a 750 Ma, avec l'ensemble des phénomènes conjugués (fractionnement et érosion des continents, érosion des basaltes sur l'équateur, etc.), l'atmosphère se retrouve amputée d'une bonne partie de son CO2. Sans l'action du gaz à effet de serre, la Terre ne parvient plus à conserver suffisamment de chaleur, et le froid commence à s'installer de façon très progressive. Il va perturer pendant des millions d'années.
Le manteau gelé et neigeux de la Terre progresse. Cette surface blanche réfléchit fortement la lumière solaire, privant la Terre d'un apport considérable d'énergie. Le phénomène, léger au début, à pu devenir explosif dès que la couche de glace passe les 30° de latitude (position du Caire en Egypte). C'est à ce moment là que l'avis des chercheurs divergent, les uns avançant que la Terre fut couverte de glace d'un pôle à l'autre, les autres soutenant que, fossiles à l'appui, l'épisode glaciaire était majeur mais limité.
Difficile de trancher définitivement la question mais pour le moment on penche plutôt pour une glaciation partielle qui aurait laissée libre de glace des zones à basse latitude permettant la survie des algues et autres organismes pratiquant la photosynthèse.
Les dégazages volcanique et océanique de CO2 et/ou de méthane ont provoqué un réchauffement qui a libéré la Terre des glaces et 150 Ma d'années après ce coup de froid la Terre retrouve sa quiétude. D'autres glaciations suivront, mais plus modérées. Et de Terre "boule de neige" il ne sera plus question.
La vie hors de l'eau
« Il y a environ 600 millions d'années se produit une étape fondamentale dans l'évolution de la vie : l'explosion du Cambrien. Apparaissent alors les premiers organismes possédant des parties solides, principalement comme moyen de défense contre des agresseurs potentiels. C'est une nouvelle complexification de la vie avec par exemple les arthropodes (insectes, araignées) et les mollusques, mais aussi certaines créatures qui n'ont pas de descendants dans le monde actuel. Notons que grâce à leurs parties solides, ces organismes laisseront dorénavant des fossiles, ce qui facilitera grandement leur étude.
500 millions d'années avant notre ère apparaissent des êtres encore plus évolués avec des muscles plus performants, des systèmes nerveux plus
complexes et de nouveaux organes comme le coeur, le cerveau ou les yeux : c'est l'arrivée des premiers poissons. Il y a 450 millions d'années,
arthropodes, mollusques et plantes entreprennent la colonisation des eaux douces et des terres. Après 50 millions années, certains poissons
décident également de s'aventurer sur la terre ferme et c'est ainsi que naissent les amphibiens.
Avec le temps, ces animaux développent des membres plus agiles et voient leur squelette et leurs dents se renforcer, pour donner finalement
naissance aux reptiles il y a 300 millions d'années.
Olivier Esslinger
[astronomes.com]
Les origines de l'homme
« [...] voici environ 65 millions d'années, les dinosaures disparaissent brutalement de la surface de la Terre sur laquelle ils régnaient depuis des centaine de millions d'années. La raison de leur extinction ? Sans doute une gigantesque activité volcanique ou une variation considérable du niveau des mers, plutôt que le seul choc d'un unique météorite maladroit. Pour les mammifères c'est une aubaine. Eux, qui depuis des dizaines de millions d'années vivaient discrètement à l'ombre des dinosaures et ne sortaient qu'à la nuit tombée pour aller, en solitaire, chasser les insectes, vont enfin pouvoir proliférer au grand jour. Libérés de ces reptiles de toutes dimensions et de toutes formes, les mammifères donnent naissance à un foisonnement d'espèces de petite taille. C'est ainsi que commence l'ère tertiaire ou cénozoïque, l'ère des animaux récents. »Pascal Picq, paléontologue et maître de conférence au Collège de France.
[Les origines de l'homme]
