On a tendance à dire que la géologie est un peu comme un voyage dans le temps : en étudiant les roches, leur nature, leur succession, il est en effet possible de décrire l’évolution du climat, du niveau marin, de l’activité tectonique et de la biologie au cours des millions d’années passées. Les roches, et tout particulièrement les roches sédimentaires, représentent ainsi de formidables archives naturelles de l’histoire terrestre.
Des « trous » dans les archives géologiques
Toutefois, ces archives sont incomplètes et discontinues. Elles peuvent contenir des lacunes. La plupart du temps, celles-ci sont liées à l’érosion. On le voit dans nos paysages : les reliefs soulevés par la tectonique des plaques sont lentement abrasés par l’eau, le vent et la glace. Les roches sont altérées, fragmentées et transportées sous forme de particules sédimentaires jusque dans des bassins où elles vont participer à un nouvel enregistrement sédimentaire. Une partie de l’information géologique est ainsi localement perdue.
Parfois, au fil des mouvements tectoniques, il arrive que ces surfaces d’érosion se retrouvent à nouveau dans un contexte de dépôt. De nouveaux sédiments vont alors se déposer sur cette surface. L’enregistrement reprend, mais un géologue qui étudierait par la suite cette succession de couches noterait immanquablement la présence d’un iatus temporel au niveau de l’ancienne surface d’érosion. On appelle cela une discordance.
Discordance au Portugal : on voit que les couches anciennes et déformées à la base sont recoupées par des dépôts sédimentaires plus jeunes, de nature différente. L’interface entre ces deux unités est marquée par une surface d’érosion, on appelle cette architecture une discordance. © André Cortesão, Wikimedia Commons, CC BY 3.0
Malgré le fait qu’elles symbolisent un effacement d’un pan entier de l’histoire géologique, les discordances sont des structures très intéressantes. Elles indiquent en effet qu’un changement important s’est produit dans le contexte environnemental : un soulèvement tectonique, une mise à l’émersion, un arrêt du dépôt sédimentaire… Identifier la cause de la discordance permet donc également de reconstruire l’histoire terrestre.
La Grande Discordance : plus d’un milliard d’années littéralement effacées
On trouve des discordances partout et à toutes les échelles. Mais la plus importante de toutes et la plus spectaculaire se trouve aux États-Unis, dans le Grand Canyon. Cette lacune majeure que l’on appelle « la Grande Discordance » intrigue les chercheurs depuis plus d’un siècle. On observe en effet ici une lacune temporelle qui peut atteindre plus d’un milliard d’années !
À certains endroits, les roches du socle cristallin, formées au début du Paléoprotérozoïque entre 1,8 et 1,6 milliard d’années sont en effet directement recouvertes par des unités sédimentaires beaucoup plus jeunes datant du Cambrien, soit il y a environ 500 millions d’années. Cela représente environ un quart de l’histoire terrestre, et si l’on extrapole les taux moyens de sédimentation, la lacune pourrait représenter plusieurs kilomètres de sédiments disparus !
La Grande Discordance vue dans le Grand Canyon. On note la différence d’angle entre les strates obliques de l’unité d’âge paléoprotérozoïque à la base et les strates horizontales de l’unité d’âge cambrien au-dessus. Un milliard d’années séparent la formation de ces deux unités. © Chris M Morris, Wikimedia Commons, CC by 2.0
Outre son ampleur locale, la Grande Discordance a une autre particularité : il ne s’agit pas d’un phénomène isolé, mais bien d’échelle continentale. Des surfaces d’érosion montrant la juxtaposition de roches cambriennes sur des roches bien plus anciennes ont en effet été observées en plusieurs endroits d’Amérique du Nord, mais également en Écosse ou encore en Australie. Cette distribution mondiale a soulevé de nombreuses questions : quel événement érosif a pu affecter le globe avec une telle ampleur ?
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La Terre s’est retrouvée entièrement gelée… et cela pourrait avoir tout changé pour la vie !
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Glaciation globale ou événement tectonique ?
Pour de nombreux chercheurs, seule une cause d’ampleur planétaire, survenue vers la fin du Précambrien, peut expliquer ces observations. Les yeux se sont donc naturellement tournés vers une glaciation globale survenue il y a environ 700 millions d’années, aussi appelée épisode de « Terre boule de neige ». Durant plusieurs dizaines de millions d’années, la quasi-totalité de la Terre, continents comme océans, est alors recouverte par une épaisse couche de glace. Et l’on connaît bien le pouvoir abrasif des glaciers ! Une autre hypothèse met plutôt en cause la tectonique des plaques, et le soulèvement général associé à la formation du supercontinent Rodinia, à peu près au même moment.
Il y a 700 millions d’années, la Terre a connu un épisode de glaciation globale qui pourrait être à l’origine d’une érosion majeure. © Dennis, Adobe Stock (image générée avec IA)
Toutefois, ces deux hypothèses continuent d’être débattues, notamment la capacité d’une glaciation globale à produire une telle érosion. Une nouvelle étude, réalisée sur des affleurements situés en Chine et présentant des discordances associées à celle du Grand Canyon, apporte de nouveaux éléments qui pourraient modifier la façon de considérer la Grande Discordance et l’événement qui en est à l’origine.
Une érosion qui aurait débuté bien plus tôt qu’on ne le pensait
Les résultats, publiés dans la revue PNAS, révèlent qu’une bonne part de l’érosion contenue dans la Grande Discordance serait en réalité bien antérieure à l’épisode de Terre boule de neige et se serait produite entre 2,1 et 1,6 milliards d’années. Or, cette période correspond à un événement tectonique majeur, qui est l’assemblage du supercontinent Columbia. Les analyses révèlent que les roches étudiées seraient remontées à la surface d’une profondeur de 12 kilomètres, un phénomène qui ne peut être associé qu’à la formation par collision continentale d’une chaîne de montagnes.
Configuration hypothétique du supercontinent Columbia/Nuna il y a 1,6 milliard d’années. © Alexandre DeZotti, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Pour les chercheurs, si la glaciation globale il y a 700 millions d’années, tout comme la formation du supercontinent Rodinia ont pu participer à la formation de cette lacune dans les registres géologiques, la cause principale, celle expliquant son ampleur, serait donc bien plus ancienne.
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L’énigme de la Terre boule de neige suivie d’un tournant majeur dans son histoire du vivant
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Toutefois, comme le révèle cet article dans Science, tous les chercheurs sont loin d’être convaincus par cette nouvelle hypothèse. Pour beaucoup, l’hypothèse de la Terre boule de neige reste la plus plausible, d’autant plus qu’elle supporte une autre théorie : celle d’un ensemencement massif des océans à la fin du Protérozoïque par un important flux de sédiments. L’arrivée massive de nutriments pourrait en effet permettre d’expliquer la diversification rapide de la vie marine à cette période, connue sous le nom « d’explosion cambrienne ».
Si l’hypothèse de l’équipe chinoise est vérifiée, cela signifierait qu’il faudrait donc également reconsidérer les causes de cet événement majeur dans l’histoire du vivant.