headline: Archives géologiques : un milliard d'années ont disparu
text: Par Zaria Gorvett * "FEARFUL DISASTER", titrait le Chicago Tribune, le 3 juillet 1869, sur sa première page. Le journal faisait référence à un incident impliquant une équipe hétéroclite d'explorateurs dirigée par le géologue manchot et autodidacte John Wesley Powell. Leur mission était simple, mais pas facile : parcourir 1 609 km en aval des rives de la Green River, dans le Wyoming, en cataloguant leurs découvertes au fur et à mesure. Cela faisait plusieurs semaines que personne n'avait eu de nouvelles du groupe, et l'inquiétude du public augmentait. Aujourd'hui, un homme qui prétend être le seul survivant s'adresse à la presse. La dernière fois qu'il les avait vus, disait-il, Powell se tenait sur son bateau, agitant son chapeau en signe d'adieu joyeux... Quelques heures plus tard, le narrateur avait trouvé un seul sac à dos flottant sur la rivière. Il contenait les carnets de notes de Powell. Dans la semaine qui suivit, la tragique nouvelle fut largement diffusée. Mais la propre femme de Powell n'était pas convaincue - et il s'est avéré qu'elle avait raison. Il devint rapidement évident que la source n'avait probablement jamais rencontré Powell, et encore moins accompagné l'expédition. Son histoire était entièrement inventée. Pendant ce temps, les explorateurs continuaient leur voyage, ignorant totalement l'étrange scandale qui se déroulait chez eux. Et peu de temps après, Powell, bien vivant, découvrait une disparition d'un tout autre genre - une disparition qui allait déconcerter les géologues pendant le siècle et demi suivant. Deux mois plus tôt, l'équipe de Powell - un assortiment inhabituel de trappeurs, de fugitifs présumés, d'éclaireurs amérindiens, d'anciens rédacteurs en chef et d'anciens détenus - avait chargé quatre bateaux à rames en bois de tout ce dont ils avaient besoin pour leur voyage, y compris un certain nombre d'instruments scientifiques sophistiqués. Entourés d'une foule de sympathisants, ils hissent leur petit drapeau américain et s'élancent dans le flot de l'eau. Le voyage durera dix mois et nécessitera une bonne dose de courage pour le terminer. Il y a eu des rencontres presque quotidiennes avec des rapides tourbillonnants, des chutes d'eau et des rochers menaçants, et à un moment donné, Powell a dû sprinter pour éviter une inondation soudaine de boue rouge de 6 mètres de large. L'équipe a perdu une rame quelques heures à peine après le départ et, en un peu plus de deux semaines, l'un de leurs bateaux a été emporté par les eaux. Au total, seuls six des dix membres de l'équipe initiale sont rentrés chez eux. L'équipe a atteint le Grand Canyon pour la première fois le 13 août 1869. À cette date, il ne leur restait plus qu'un mois de rations - quelques pommes détrempées, du bacon putride, de la farine moisie et un sac de café - et de nombreux dangers inconnus les attendaient encore. Les hommes plaisantent comme d'habitude, mais Powell écrit que pour lui "la joie est sombre et les plaisanteries sont affreuses". Même en ces temps désespérés, l'équipe était impressionnée par un carrousel constant de merveilles. Tout autour, il y avait de grandes flèches, des contreforts sculptés et d'étranges pinacles anguleux - un paysage imposant à l'échelle des géants. De tout cela, Powell était particulièrement frappé par les falaises, qu'il décrivit plus tard comme une "bibliothèque des dieux" - un endroit où les couches de roches colorées formaient les "feuilles de pierre d'un grand livre", dans lequel ils pouvaient lire, ligne par ligne, comment l'univers avait été créé. Du moins, c'est ce qu'il semblait au début. Mais Powell a ensuite découvert quelque chose d'étrange dans la hauteur déconcertante des parois du canyon. Debout aux pieds des falaises et en regardant vers le haut, il pouvait voir une épaisse section de roches dures et cristallines - principalement du granit et du schiste (ardoise ou schiste argileux soumis à une pression intense) - disposées en couches verticales inhabituelles. Au-dessus, il y avait une bande de grès rougeâtre de 305 m de haut, disposée selon les lignes horizontales bien définies auxquelles on s'attend. Mais c'est là que le bât blesse : en comptant les couches verticales de roche cristalline, Powell a estimé que cette section devait avoir une épaisseur de 3 050 mètres. En réalité, elle ne mesurait que 152 m. Il manquait des milliers de pieds de roche - elle avait tout simplement disparu. Il a baptisé cette caractéristique "la grande discordance" et s'est demandé "comment cela était possible". Aujourd'hui, les géologues savent que les plus jeunes des roches dures et cristallines ont 1,7 milliard d'années, alors que les plus anciennes de la couche de grès se sont formées il y a cinq cent cinquante millions d'années. Cela signifie qu'il y a un trou de plus d'un milliard d'années dans les archives géologiques. À ce jour, personne ne sait ce qui est arrivé aux roches situées entre les deux. Si la roche manquante est particulièrement visible dans le Grand Canyon, le phénomène est omniprésent. "C'est une de ces caractéristiques qui se produisent sous les pieds de beaucoup de gens, alors qu'ils ne s'en rendent même pas compte", explique Stephen Marshak, professeur émérite au département de géologie de l'Université de l'Illinois. Il explique qu'au centre de n'importe quel continent, qu'il s'agisse des États-Unis, de la Sibérie ou de l'Europe, si l'on fore suffisamment loin, on rencontre les deux couches de roche impliquées dans cette mystérieuse anomalie géologique. "Parfois, elle est proche de la surface et vous pouvez la voir, parfois elle se trouve à des kilomètres sous la surface, mais elle est toujours là, sauf dans les chaînes de montagnes où elle a été complètement effacée", explique M. Marshak. "Elle est donc très répandue, et elle nous raconte une histoire très, très importante sur l'histoire de la Terre." Comme Marshak y fait allusion, découvrir ce qui s'est passé pendant le milliard d'années manquant, et ce qui y a conduit, n'est pas une affaire banale. Il y a deux raisons à cela. La première est qu'il s'est produit immédiatement avant un autre événement inexplicable - la prolifération soudaine de la diversité de la vie sur Terre il y a 541 millions d'années. L'explosion cambrienne fait référence à une époque où les océans sont soudainement passés d'un éparpillement de créatures étranges et inconnues - comme des animaux en forme de feuilles ressemblant à des triffides et des ovales géants en forme de rouleau à vapeur qui continuent de défier tous les efforts de catégorisation - à une abondance de vie, avec un grand nombre des principaux groupes taxonomiques actuels. Tout cela s'est produit en l'espace de 13 à 25 millions d'années seulement, en un clin d'œil de l'évolution. Le problème a été identifié pour la première fois dans les années 1840 et s'est avéré particulièrement difficile pour Charles Darwin. Il l'a qualifié d'"inexplicable" et a déploré, dans On the Origin of Species, que "la difficulté d'attribuer une bonne raison à l'absence de vastes piles de strates riches en fossiles sous le système cambrien est très grande". La deuxième raison est que l'on pense que la Terre a subi un changement climatique radical au cours de ces années perdues, se transformant peut-être en une gigantesque boule de glace dont la surface était presque entièrement gelée. On sait actuellement très peu de choses sur la formation de cette "Terre boule de neige" et sur la façon dont la vie a pu y avoir lieu. Cependant, si nous savions ce qui s'est passé pendant cette période sombre de la préhistoire, nous trouverions peut-être des réponses à ces épineuses énigmes scientifiques. "C'est un intervalle de l'histoire de la Terre où beaucoup de choses se passent", explique Rebecca Flowers, professeur associé au département des sciences géologiques de l'Université du Colorado. "Tous ces événements sont clairement liés d'une manière ou d'une autre, et je pense qu'il est fondamental d'essayer de démêler les relations entre ces différents processus, dans cet intervalle clé de l'histoire de la Terre", ajoute-t-elle. L'une des idées sur la cause du temps perdu repose sur ce qui se passe aujourd'hui sur les glaciers de la Terre. Prenez le deuxième plus grand corps de glace de la planète, l'inlandsis groenlandais, qui couvre environ 80 % de la surface du pays, soit quelque 1,7 million de kilomètres carrés. Tout comme les rivières, les glaciers peuvent aussi se déplacer, mais très lentement. Au fur et à mesure, ils érodent la croûte terrestre sur laquelle ils reposent. Si ce processus se poursuit pendant des dizaines de milliers, voire des millions d'années, cette érosion peut finir par emporter d'importantes quantités de roche. En conséquence, le Groenland porte les cicatrices de son histoire glaciaire : des vallées profondes et des fjords spectaculaires. Mais si certaines parties du Groenland ont été sculptées par la glace, d'autres ont été protégées par des glaciers si durs et si froids qu'ils n'ont pas bougé du tout - et ont gardé la terre en dessous dans un cocon sûr, à l'abri de toute érosion. Ces zones sont restées en grande partie inchangées et forment les plateaux du pays. Le premier est ce que les scientifiques appellent un glacier "humide", tandis que le second est "froid", explique C. Brenhin Keller, professeur adjoint au département des sciences de la Terre du Dartmouth College, dans le New Hampshire. La théorie veut que les mêmes processus se soient appliqués à toute la surface de la planète, à l'époque où la Terre était une boule de neige géante. La seule question qui se pose est donc de savoir si les glaciers étaient "humides" ou "froids" - et si une quantité quelconque de glace aurait pu éroder un milliard d'années de roche ? En 2018, avec des collègues de plusieurs autres universités, Keller a tenté de répondre à cette question. En se basant sur un modèle développé par un autre groupe plusieurs années auparavant, ils ont supposé que la Terre boule de neige aurait effectivement eu un glacier "humide" à sa surface, et qu'il aurait été étonnamment mobile. En effet, la calotte glaciaire mondiale aurait collectivement emprisonné tant d'eau que le niveau de la mer, vu de la Terre, aurait chuté de façon spectaculaire. Cela aurait créé une pente plus raide entre la terre et la mer, ce qui signifie que les glaciers à la surface de la terre se seraient déplacés plus rapidement - tout comme les rivières accélèrent lorsqu'elles descendent une pente. Au total, entre sept cent dix-sept millions d'années et cinq cent quatre-vingt millions d'années, l'équipe a prédit que la phase de gel aurait éliminé environ 3 à 5 km verticaux de roche, ce qui est plus que suffisant pour expliquer la Grande discordance. "Je pense qu'il y a toutes les raisons de croire que cette phase a été assez érosive", déclare Keller, tout en soulignant que la quantité de roche perdue n'aurait pas été la même partout "parce que la glace est un facteur d'érosion très aléatoire". Cela pourrait expliquer pourquoi il y a plus de roches manquantes dans certaines parties du monde que dans d'autres. Cependant, il ne peut s'agir de la totalité de l'histoire, car il faudrait encore quarante millions d'années avant que de nouvelles roches ne soient déposées. "Je pense que ce qui se passe ici, c'est qu'on a rendu la croûte plus chaude en enlevant la partie la plus froide. Cela la rend plus flottante", explique Keller. Cela a poussé la terre vers le haut et a ouvert la voie à une érosion encore plus importante. Plus la terre est haute, plus elle est érodée rapidement par les phénomènes météorologiques ordinaires tels que la pluie et le vent. Une autre possibilité est que le coupable soit le supercontinent Rodinia - une masse terrestre oubliée qui concentrait en un seul endroit l'Antarctique oriental, l'Inde, la Sibérie, la Chine, une grande partie de l'Amérique du Sud, l'Amérique du Nord et divers morceaux d'Afrique. Il s'est assemblé pour la première fois il y a environ un milliard d'années et s'est disloqué progressivement, jusqu'à il y a sept cent cinquante millions d'années. "Il a essentiellement fusionné toute la croûte terrestre en un seul continent géant", explique Michael DeLucia, doctorant au département de géologie de l'Université de l'Illinois et auteur d'un article sur le sujet. Il explique que la majeure partie de la chaleur provenant du centre de la Terre est normalement libérée par les chaînes de montagnes situées au fond de la mer - les dorsales océaniques - qui se produisent aux frontières des plaques tectoniques. Mais lorsque toutes les terres ont été regroupées, elles n'étaient pas aussi nombreuses, et le Rodinia a donc eu très chaud. "Et bien sûr, quand les choses se réchauffent, elles se dilatent, explique DeLucia. C'est donc essentiellement l'expansion sous le supercontinent qui, à notre avis, a favorisé cet événement qui a provoqué un soulèvement vertical d'environ six à huit km." Cela a non seulement accéléré la dislocation du Rodinia, mais pourrait avoir effacé les traces de tout ce qui s'est passé au cours du milliard d'années précédent - encore une fois, la terre était plus haute et donc plus facilement érodée. Selon cette théorie, le Rodinia aurait ressemblé à un gigantesque plateau vallonné pendant 200 millions d'années - dépourvu de toute vie, qui était encore confinée dans le vaste océan qui l'entourait. Ce plateau a fini par s'éroder jusqu'à presque rien. "Et nous observons ce phénomène d'érosion sur tous les continents actuels", explique M. DeLucia. Mais ce n'est pas tout à fait la fin de l'histoire. L'ampleur de l'érosion aurait modifié la chimie de l'atmosphère et des océans, entraînant un changement climatique majeur. L'inverse de ce qui se passe aujourd'hui se serait produit : l'eau de pluie, en raclant la surface du supercontinent, aurait libéré des ions de calcium, qui auraient ensuite été rejetés dans l'océan pour former du carbonate de calcium (le principal ingrédient de la craie). En fait, l'érosion a piégé le dioxyde de carbone dans l'océan, l'empêchant d'entrer dans l'atmosphère et refroidissant la Terre. Dans ce scénario, la planète se serait transformée en boule de neige après la disparition du milliard d'années, plutôt qu'avant. "Cela a alors peut-être même raclé davantage de sédiments, ce qui a renforcé et amplifié la grande discordance", explique Marshak, qui a également participé aux recherches. Au final, les couches de roches plus anciennes situées sous le Rodinia fragmenté auraient été exposées, prêtes à se joindre directement aux nouvelles roches sédimentaires déposées une fois le climat à nouveau stabilisé. Quelle que soit la manière dont cela s'est produit, l'érosion de quantités insondables de roches et le transfert de ces sédiments dans les océans expliqueraient la prolifération de la vie qui s'est produite immédiatement après, au Cambrien. Il est particulièrement frappant de constater qu'à une époque où il n'y avait jamais eu autant de minéraux dissous dans l'océan, bon nombre des nouvelles formes de vie apparues avaient un squelette et une coquille nécessitant du calcium. Toutefois, M. Marshak tient à souligner que le débat se poursuit. "Il y a quelques questions qui restent controversées et qui font encore l'objet de recherches", dit-il. Cela nous amène à l'idée la plus récente. Il n'y a que deux possibilités pour qu'un milliard d'années disparaisse : soit aucune roche n'a été déposée, soit tout a été enlevé. Bien que la Grande discordance soit surtout visible dans le Grand Canyon, elle est également accessible dans un certain nombre d'autres endroits, dont le Bouclier canadien, une vaste zone de roches anciennes exposées qui entoure la baie d'Hudson, dans le nord-est du pays. Et c'est là que des recherches récentes ont révélé un rebondissement. "Il semble que l'érosion majeure du Grand Canyon se soit produite avant la glaciation en boule de neige", explique Flowers, qui a participé aux recherches, "alors que dans le bouclier canadien, elle s'est produite plus tard, pendant ou peut-être après, les glaciations terrestres en boule de neige." Cela suggère que l'interruption épique dans le dossier géologique n'était pas un phénomène unique et discret - mais plutôt au moins deux mini-trous, qui ressemblent à un seul grand parce qu'ils se sont produits à peu près en même temps. Puis, au début de cette année, une autre surprise est apparue. Un peu plus de cent cinquante ans après l'expédition fatidique de Powell, Flowers et ses collègues sont retournés au Grand Canyon pour faire leurs propres recherches. Ce qu'ils ont découvert était frappant : même le milliard d'années perdu au Grand Canyon n'a peut-être pas disparu en même temps, mais plutôt en plusieurs événements distincts sur une période de plusieurs centaines de millions d'années. "Sur ces échelles de temps, nous ne sommes pas vraiment doués pour affiner un âge pour le temps manquant exactement", explique Francis Macdonald, professeur de géologie à l'Université de Californie, qui a également participé à la recherche. "Et donc la théorie précédente suggérait que tout se forme en une seule fois, avec la glaciation - mais nous disons 'non, cela s'est formé sur des centaines de millions d'années'... quand on obtient de meilleures données, elles (les discordances) ne sont pas exactement corrélatives." Si les deux ensembles de roches effacées sont réellement indépendants l'un de l'autre, cela suggère qu'ils n'ont pas été causés par un événement extraordinaire comme la terre en boule de neige après tout. Dans ce cas, Flowers suggère qu'ils pourraient avoir été formés par des processus tectoniques qui ont poussé vers le haut de vastes quantités de la croûte terrestre. Il se peut qu'il n'y ait pas eu d'érosion non plus - il est possible que l'altitude élevée ait simplement rendu difficile le dépôt de sédiments et que, par conséquent, peu de roches se soient formées à cette époque. Mais ce n'est pas tout à fait la fin. Le débat se poursuit. Tous les experts auxquels j'ai parlé ont souligné la nécessité de disposer de davantage de données. Et heureusement, elles ne devraient pas tarder à arriver. "Je pense qu'il y a eu une renaissance de l'intérêt [pour cette énigme géologique], déclare M. Macdonald. Il y a dix ans, il y avait relativement peu de recherches sur la grande discordance et ses causes. Mais une vague de nouvelles théories farfelues - et l'émergence de technologies capables de les tester - a transformé le domaine." L'un des principaux changements est une technique connue sous le nom de thermochronologie, qui consiste à extrapoler l'histoire des roches en mesurant l'évolution de leur température depuis leur formation. "Par exemple, [avec les anciennes méthodes], si quelqu'un dit qu'il a daté un granite et qu'il a cent millions d'années, il se réfère généralement au moment où le magma s'est refroidi pour devenir solide", explique M. Marshak. Avec la thermochronologie, on ne cherche pas à savoir quand la roche s'est formée, mais à peu près quand elle a été poussée vers la surface de la Terre, ce qui peut en dire long sur ce qui s'est passé dans le passé lointain de notre planète. "Cette technique nous a donné la possibilité d'extraire les enregistrements du temps perdu", explique M. Macdonald. Qui sait quels secrets ils pourraient révéler. * Zaria Gorvett est journaliste senior à BBC Future.