Terre archéenne et protérozoïque

Le bilan de chaleur actuel de la Terre permet de calculer sa vitesse moyenne actuelle de refroidissement. Des modèles d'évolution thermique centrés sur la convection mantellique peuvent être comparés aux contraintes observationelles. La forte dépendance de la viscosité mantellique à la température nécessite la prise en compte d'effet supplémentaires dans les modèles, comme un refroidissement différentiel du manteau.

Ce chapitre examine comment la tectonique des plaques, un processus clé dans la géodynamique moderne, pourrait avoir fonctionné différemment à l’Archéen. Les modèles numériques adaptés aux conditions de la Terre primitive suggèrent que les continents auraient été recouverts de couches basaltiques et largement sous le niveau marin. Ces modèles suggèrent aussi une tectonique gravitaire intra-crustale contemporaine de processus de subduction intermittents initiés par la poussée gravitaire latérale des premiers continents.

Ce chapitre offre une synthèse des connaissances actuelles sur le paléomagnétisme à l'Archéen et au Protérozoïque. Après un rappel succinct du principe de la rémanence magnétique dans les roches, il explore les variations de l'intensité et de la géométrie du champ magnétique terrestre ainsi que les reconstitutions des mouvements continentaux, établies grâce aux orientations paléomagnétiques, révélant ainsi l’évolution géodynamique de notre planète.

Le magmatisme Archéen, vu à l’échelle globale, présente des différences significatives avec le magmatisme moderne. Les basaltes des rides océaniques et les séries d’arc sont absentes ou très rares. On trouve en revanche des basaltes issus d’un manteau primitif, et des komatiites, des laves ultrabasiques issues de la fusion d’un manteau chaud. De même les granitoïdes Archéens, contrairement à leurs analogues modernes, proviennent largement de la fusion de roches basiques, mais rarement de la fusion de croûte felsique.

Ce chapitre présente l’évolution chimique des océans au Précambrien. Il passe en revue les dernières connaissances concernant l’origine de l’eau, le paradoxe du soleil jeune, la reconstruction de la température, du pH, de la salinité et du potentiel d’oxydo-récduction ainsi que les derniers modèles d’évolution des cycles biogéochimiques et climatiques des océans primitifs.

Ce chapitre retrace l’histoire de l’oxygénation de l’atmosphère et des océans en lien avec l’évolution du vivant, en particulier l’apparition de la photosynthèse oxygénique mais également l’émersion et l’altération d’une croûte continentale différenciée enrichie en éléments bio-essentiels comme le phosphore. L’oxygénation de la planète qui s’échelonne sur près de 3 milliards d’années s’est accompagnée de phases d’innovation biologique majeures comme l’apparition des eucaryotes et l’Explosion du Cambrien, et de cataclysmes climatiques globaux (Terre boule de neige).

Ce chapitre présente les connaissances actuelles sur les cycles biogéochimiques du carbone, du soufre et du fer. Il décrit les liens qui les relient entre eux et ceux qu’ils entretiennent avec le cycle de l’oxygène, sur lesquels sont basés les modèles d’oxygénation de l’atmosphère et de l’océan au cours du temps.

Sous quelle(s) forme(s) et dans quelles conditions la vie a-t-elle commencé à exister ? Toutes les formes de vie sur Terre descendent d’une forme de vie ancestrale unique. Des traces de cette vie ancestrale pourraient exister dans les roches datant du tout début de l’Archéen, mais il nous reste à apprendre à déchiffrer cet enregistrement.

Ce chapitre traite des processus à l’origine de la formation des gisements géants d’or, d’uranium, de fer et de manganèse produits à l’interface entre une lithosphère chaude fertile en cours de formation et une exosphère où la colonisation et la diversification microbienne concentre les métaux par son activité enzymatique ou induite dans les premiers bassins sédimentaires.