Résumé de la conférence du 9 décembre 2007-12-09

Centre de Géologie TERRAE GENESIS

Jacques TOURET, Musée de Minéralogie, Ecole des Mines, Paris

Où et quand la vie est-elle apparue sur Terre ? Les gneiss d’Isua, Groenland.

1. Musée de Minéralogie de l’Ecole des Mines :

une des premières collection mondiale

Souvenir des Vosges : Steige, Villé, quand était étudiant et travail sur le terrain.

Initiative très importante au CGTG : valoriser la formidable diversité des roches des Vosges. De plus, exceptionnelle collection minéralogique.

Quelles sont les roches les plus anciennes sur Terre et comment ont-elles servies de support au développement de la Vie ?

2. Technique de datation :

Horloges radioactives, astronomes, données extraterrestres.  5 Ga : après explosion étoile : gros nuage de poussières. Disque qui forme le futur système solaire.

3. Image scientifique.

Représentation de ce qui c’est passé : chaos bousculé. Agglomération des poussières donnent le soleil et les planètes.

4. Système solaire :

 4.556 Ga. Ga = milliards d’années. Beaucoup de preuves. Moyens analytiques principaux sont le résultat de l’effort de guerre. Tectonique des plaques est la conséquence de l’étude des océans pour détecter les sous-marins (magnétomètres). Idem travaux sur l’atome (nucléaire) qui donnent les géo chronomètres isotopiques. 500 Ma : premières fossiles datant du Cambrien. 1980 : révolution méthodologique : la microsonde ionique donne les compositions  chimique à l’échelle du minéral.

5. Nancy :

 CRPG (CNRS) bien placé. Le minéral intéressant : le zircon présent dans les roches profondes. Mémoire extraordinaire car non rééquilibré par phénomènes successifs. Points analytiques indiquant les âges en millions d’années (exemple : 4017 Ma). Il s’agit des éléments les plus anciens connus de la Terre. Autre mesure : isotopes stables de l’oxygène caractérisant le milieu (manteau ou surface). Zones successives de formation des zircons.

6. Résumé histoire

Terre. 4.5 et 4.2 Ga Hadéen : pas encore d’eau. Mais zircons détritiques à 4.4 Ga. Ils sont isolés, mais dans des roches comme les granites (premier processus de fusion : protocontinent). Vers 4 ou 4.1 Ga : eau en surface (mers), avec ensemble de roches préservées (gneiss d’Acasta, canada) = masses granitiques = amorces de continents. Mais pas de formations de surface. Or la vie prend naissance à la surface de la Terre. Premières roches de surface : premiers sédiments dans les gneiss d’Isua à 3.8 Ga. Lune : formation par collisions météoritiques considérables. Terre et collision avec une planète de la taille de Mars a créé la Lune. La Lune enregistre tout les phénomènes à sa surface car pas d’atmosphère. Cratères : grande majorité formée entre 4.2 et 3.8 Ga (bombardement primordial). Gneiss Isua arrivent justes à la fin de cet évènement. La vie n’a pas pu se développer avant cette période de bombardement. Isua : beaucoup moins étranges … la vie existait-elle dès Isua ? Stromatolithes : 3.5 Ga , donc 300 Ma plus tard.

7. Zones précambrien ancien :

archéen. Zones assez importantes. Zones rouges et noms avec zircons à l’âge supérieur à 3.6 Ga. Vosges pas encore, mais peut être des traces : des recherches menées par le CGTG et le CRPG sont en cours. Mais Bretagne : Icartien 2.5 Ga, trop jeune. Sites important : Isua, Barberton et Pilbara.

8. Nord Canada.

 Noyaux très anciens. Intérêt économique. Dépôts métalliques, premières origines volcaniques (gneiss à magnétites) : grandes sources de minerai de fer. Noyaux stables : bouchons qui permettent de faire ressortir des minéraux de la profondeur : les diamants. Kimberlite provient 150 à 200 km de profondeur. Plus c’est ancien,  plus il y a de chance de trouver des kimberlites (tous les losanges sur la carte). Canada : premier producteur. Vosges un peu jeune. Mais dans les péridotites à grenat : pourquoi pas des micro diamants ? Mais ne pas engager trop d’argent pour une exploitation industrielle …

9. Isua.

Echantillons remarquables dans le coffre-fort du CGTG. Gneiss d’Acasta, granitoïdes. Découverts par un ancien documents. Ce n’est pas spectaculaire. Gneiss, ce sont des migmatites. Phénomène de fusion avec zircon à 3.6 Ga.

10. Groenland.

20 000 habitants. Bases américaines pendant la guerre, complexe de décolonisation, drapeau comme drapeau japonais, baptême de tous les noms danois … mais langue très complexe. Isua et Akilia. Calotte glaciaire pas loin. Nuuk à Isua : hélico uniquement. Pas évident car bloqué par météo pendant 8 jours. Accès uniquement par missions groenlandaise et danoise.

Série de diapositives. Base américaine. Hôtels hors de prix, plus abordable : la maison des marins. Esquimaux parlent parfois français car en provenance de Québec. Brumes incroyables. Vivent encore de la chasse aux phoques. Ont considérablement souffert de Brigitte Bardot. Ils ont toujours chassé le phoque. La peau est la seule ressource permettant d’avoir de l’argent. Un peu de verdure en plein été. Sols, explication de la découverte du gisement. Montagne de fer : amas métallique considérable prospection magnétique aéroportée. Envois d’une expédition. Analyses à Oxford, plus datations. Projets d’exploitation, heureusement pas de suite (trop éloigné), et en plus ils ont loupés les traces d’or à proximité. Dimensions très restreintes : le site aurait disparu. Photos de 2000. Campement en tente très bien organisé par les danois.

11. Problème politique.

 Roche plus ancienne à Akilia, beaucoup plus prêt de la capitale. IGB (Isua): découverte en 1970 (« Iron mountain »). Datée (3.7-3.8 Ga) par S. Moorbath (Oxford) par géochronologie classique (Rb/Sr). Environ 15 années plus tard, découverte par une autre équipe de terrains plus anciens (# 3,9 Ga) par U/Pb sur zircon à Akilia, environ 150 km à l’Ouest. Différence pas énorme, mais cruciale (3,8 Ga: fin du « bombardement primordial »). L’âge record d’Akilia adopté par les autorités politiques du Groenland (proche de la capitale, Nuuk), d’autant que l’on prétend y avoir trouvé des traces de vie : fossiles (Isuasphera Pflug, 1979) et signature isotopique du carbone (Mojszis et al., 1996).

12. Fin controverse.

 A Isua : roches supracrustales (de la croûte). Akilia : roches gneiss déformés. Peu être un peu plus vieux, mais juste à la fin du bombardement primordial. C’est un socle, on peut oublier. Controverse énorme.

13. Isua :

roches, micaschistes à grenat ancienne argiles. C’est une ancienne croûte océanique. Seul cas connu de roches à cette époque avec cette composition.

14. BIF : quartzites à magnétites.

15. Très déformé.

Quartzites, métapélites, carbonates non sédimentaires, très compliqué et très déformé.

16. Surprise incroyable.

Métamorphisme maxi 600°C, 15 km … un jour, des japonais cherchaient un gros échantillon. Quelque chose qui ressemble à des ovales, queue, croûte, comme pillow lava ! Dans cet environnement super déformé : une zone préservée !!!

17. Motivation de Jacques.

Retrouver les fluides dans les inclusions des minéraux. Si structures bien préservées : possibilité de retrouver des inclusions dans ces laves sous marines avec bulles de gaz de dégazage quand la lave arrive en surface. Clef possible de ce qu’il y avait à l’origine.

18. Lame mince d’un pillow lava de basalte.

Composition : Q, F, micas. Composition chimique totalement différente des basaltes, ce sont des argiles. Les structures sont restées, mais totalement transformées en argile. Seul moyen : hydrothermalisme. Bulles sont remplies par du quartz. Comme actuellement les agates.

19. Détail compliqué. VVV :

 formation de croûte océanique. Mosaïque avec cassures provoquant des mouvements d’ascenseur. Création de croûte qui se poursuit.

20. Pillow-basalt: croûte océanique en formation. La roche actuelle: gneiss à biotite-grenat: ancienne argile. Donc le basalte a été complètement altéré, avec préservation des structures: typique d’un altération hydrothermale (« fumeurs »). Vésicules sphériques (ocelles) remplies de quartz: anciennes bulles de gaz lors du dégazage de la lave remplies de matériel siliceux lors de l’altération (cf agates, géodes à améthystes, etc…). Le quartz est recristallisé, mais uniquement par effet thermique. Pourrait-il encore contenir des restes des fluides contemporains de l’altération ? (ce qui, par comparaison avec la situation actuelle, nous permettrait de remonter, au moins partiellement, jusqu’à la composition de l’eau de mer de l’époque).

21. Ocelle.

Quartz complètement recristallisé ne montrant pas le moindre signe de déformation.

22. On trouve des inclusions.

 Longtemps à trouver les premières inclusions. Echelle : 5 à 10 micromètre pour la bulle de gaz. Soit contemporain de l’altération ou du métamorphisme. Méthane, CO2, ou H2O avec sel (saumure).

23. Bulle de gaz avec graphite (carbone), ou carbonates.

Graphite :  Processus de réduction du CO2 en CH4 est purement chimique. Graphite peut être matière organique. Indicateur isotope qui peut différencier une source minérale d’une source organique. Mesure : signature biogénique !!! Métamorphisme : 500°C, pas de vie possible. Réduction : microsystème, pas la moindre possibilité d’avoir une activité biologique. Si signature biochimique, le critère n’est peut être pas certain. Mais raisonnement soumis à débat.

24. Schéma détaillé dans les vésicules :

CH4 et graphite, par réduction du CO2.

25. Fluides, général:

Saumures (33 % en masse, NaCl eq), CO2, CH4 +/- C (graphite). Fluides précoces : Saumures + CO2, tardif (post-métamorphiques : Méthane et graphite). Fluides re-équilibrés pendant et après le métamorphisme, mais en système clos (pas d’apport extérieur). Fluides précoces identiques aux fluides hydrothermaux océaniques, aussi bien actuels qu’ archéens. Les plus anciens connus (Barberton-Pilbara) datés à 3,5Ga : les premiers stromatolithes.

26. De la vie à Isua ?

Des affirmations répétées:

- Microfossiles (Isuasphera Pflug) : cavités dissoutes de carbonates (inclusions).

- Bactéries silicifiées: « endolithes » (contamination quaternaire).

- Carbone léger (enrichi en C12) = signature biologique.

Mais aucune ne résiste à la critique : - carbonates (M. Schidlowski): pas sédimentaires, mais issus d’intrusions ultrabasiques au sein du manteau. - Graphite, notamment celui qui a été analysé dans une apatite à Akilia (S. Mojszis): Réduction d’un fluide magmatique, comme à Isua. En dépit de la « signature » apparemment biogénique, environnement impossible à toute forme de vie (température  initiale de l’ordre de 1000°C !).

27. Stromatolithes :

vrai preuve, mais il faut encore les trouver à Isua. Pilbara : plus anciens connus. Pas de traces à Isua … mais ne se forment que sur une plage, or le fond marin d’Isua, est une altération à 1000 ou 2000 mètres de profondeur.

28. A quoi ressemblaient les premiers fossiles plus vieux que 3,2 Ga ?

29. Vue d’artiste.

La Terre au moment d’Isua. Hypothèse à 3.85 Ga. Mers et nuages, atmosphère primitive (pas d’oxygène, seulement vers 2 Ga), CO2, CH4, N2. Température de la mer plus chaude (80°C) et 3 fois plus salée. Lune plus grosse car plus proche. Soleil moins puissant (30% énergie actuelle). Grosses météorites. Activité hydrothermale intense au fond des mers. Gros impacts entre 3.85 et 3.80 Ga pour terminer le bombardement initial.

30. Des conditions idéales pour l’apparition de la vie. -

Une mer chaude (80°C), plus salée (x 3-5) que les océans actuels. - D’épais nuages de vapeur d’eau dans une atmosphère riche en CO2, CH4, N2, sans oxygène (n’interviendra qu’au protérozoïque, vers 2 Ga). - Des volcans énormes, atteignant la surface (Hawaï, Islande), avec des altérations hydrothermales d’une ampleur inconnue aujourd’hui. Une lune (apparue à 4,2 Ga) énorme dans le ciel (beaucoup plus proche de la Terre qu’aujourd’hui). Des conditions idéales pour que la vie apparaisse, mais…

31. On n’en a pas de preuve absolue !

Important pour les chances de trouver des traces de vie sur Mars. Si la vie existait à Isua: 100% de chance pour Mars. Par contre, s’il a fallu plusieurs centaines de millions d’années pour que la vie apparaisse sur la Terre (hypothèse 3,8 Ga), pas certain qu’elle ait eu le temps de le faire sur Mars …