Zircons hadéens

Photo aérienne des Jack Hills, Australie, lieu de découverte des plus vieux zircons.
Positions des zircons hadéens dans le monde.
Micrographie électronique à rétrodiffusion de zircons détritiques des méta-sédiments archéens des Jack Hills (Craton de Yilgarn, Australie occidentale). La partie supérieure est fortement arrondie par abrasion tandis que la partie inférieure montre la plupart des facettes cristallines originales.

Les zircons hadéens constituent le matériau crustal le plus ancien de la Terre à l'Hadéen, il y a environ 4 milliards d'années. Le zircon est un minéral couramment utilisé pour la datation radiométrique, car il est très résistant aux changements chimiques et apparaît sous forme de petits cristaux ou grains dans la plupart des roches hôtes ignées et métamorphiques[1]. Ils sont datés entre -3,8 Ga et -4,4 Ga pour les plus vieux (âge U-Pb), cela correspond à une époque très proche de la formation de la Terre[2].

Le zircon hadéen a une très faible abondance dans le monde en raison du recyclage des matériaux par la tectonique des plaques. Lorsque la roche à la surface est enfouie profondément dans la Terre, elle est chauffée et peut recristalliser ou fondre[1]. Malgré sa rareté sur terre, il existe plusieurs occurrences de zircons de cet éon dans six pays : Australie, Brésil, Canada, Chine, Groenland et Guyana.

Dans la formation de Gneiss de Narryer à Jack Hills, en Australie, les scientifiques ont obtenu un enregistrement relativement complet des cristaux de zircon hadéens contrairement à d'autres endroits. Les roches de Jack Hills sont datées de l'éon archéen, à environ 3,6 milliards d'années. Cependant, les cristaux de zircon y sont plus anciens que les roches qui les contiennent. De nombreuses recherches ont été menées pour trouver l'âge absolu et les propriétés du zircon, par exemple les rapports isotopiques, les inclusions minérales et la géochimie du zircon. Les caractéristiques des zircons hadéens renseigne sur l'histoire de la Terre au début et le mécanisme des processus de la Terre dans le passé[1]. Sur la base des propriétés de ces cristaux de zircon, de nombreux modèles géologiques différents ont été proposés.

Occurrences

Malgré sa rareté sur Terre, il existe plusieurs occurrences de zircons de cette époque dans six pays : Australie, Brésil, Canada, Chine, Groenland et Guyana.

Pays Occurrences (et sources) Méthode analytique et résultat Interprétation
Australie Mt Narryer[3],[4] 80 zircons détritiques datés par microsondes ioniques provenant de quartzites, a révélé que 2% à 12% de grains > 4,0 Ga, avec des zircons plus jeunes allant jusqu'à environ 3 Ga. Dans l'étude LA-ICP-MS, Mt. Les zircons de Narryer ont un contenu en U plus élevé et le Ce / Ce * le plus bas contrairement aux zircons Jack Hills. Diversité de la roche mère. Origines magmatiques.
Churla Wells[5] Les grains sont de 4,14 à 4,18 Ga en utilisant la datation 207Pb / 206Pb. La région centrale a un Hf, REE, Uand Th beaucoup plus faible que les autres régions extérieures. Alors que le contenu U dans le noyau est d'environ 666 ppm, Th / U est de 0,6. Magma d'origine granitique.
Maynard Hills[6] La datation de la ceinture de roches vertes a révélé que l'âge de 207Pb / 206Pb est de 4,35 Ga.
Mt Alfred[7] Zircons concordant a l'âge de 4,17 Ga. Aucune donnée géochimique n'a été collectée.
Brésil Brésil oriental[8] L'âge de la roche est de 4,22 Ga et des rapports Th / U de 0,8 et des teneurs élevées en U (jusqu'à 1400 ppm). Origine magmatique felsique.
Canada Territoire du Nord-Ouest[9],[10],[11] L'âge de cristallisation du protolithe est de 3,96 Ga analysé par datation U-Pb. En appliquant LA-ICP-MS, le zircon 4,20 + 0,06 Ga était en cours de datation. Origine magmatique. Dérivation d'une fusion felsique par un processus autre que la différenciation d'un magma mafique.
Chine Tibet[12] Dans la méthode de microsonde ionique, les rapports Th / U du grain détritique sont supérieurs à 0,7. Origine magmatique.
Qinling nord[13] L'âge LA-ICP-MS du zircon xénocristallin dans la ceinture orogénique de North Qinling est de 4,08 Ga. L'isotope Hf prend également en charge les données d'âge du test LA-ICP-MS.
Craton de Chine du Nord[14] Le zircon est de 4,17 ± 0,05 Ga déterminé par la méthode de datation U-Pb LA-ICP-MS. Le rapport Th / U est de 0,46. Origine magmatique.
Chine du Sud[15] La datation U-Pb par microsonde ionique conductrice, l'âge de 207Pb / 206Pb est de 4,13 ± 0,01 Ga avec 5,9 ± 0,1% de données isotopiques 18O. Anomalie Ce positive. la Terre primitive est un environnement hautement oxydant et une température de cristallisation élevée de Ti-dans-zircons de 910 °C.
Groenland Groenland[16],[17] L'âge de cristallisation est déterminé à 3,83 ± 0,01 Ga par datation par microsonde ionique. 4,08 ± 0,02 Ga a été identifié dans l'enquête U-Pb.
Guyana Guyana Sud[18] 4,22 Ga par la méthode de datation U-Pb LA-ICP-MS. Aucune autre analyse géochimique n'a été réalisée.

Mécanismes proposés de formation des zircons hadéens des Jack Hills

Théorie tectonique des plaques modernes.

La théorie de la tectonique des plaques est largement acceptée pour la formation de la croûte terrestre. Cependant, on ne sait que peu de chose sur la formation de la Terre. Avec l'enregistrement de marqueurs pétrologiques de l'Hadéen, la plupart des scientifiques ont conclu que la croyance d'une « Terre infernale » sans océan au cours de cet éon est fausse[1].

Les scientifiques ont construit différents modèles pour expliquer l'histoire thermique au début de l'histoire de la Terre, incorporant la croissance continentale[19], les rhyolites de type islandaises[20], les roches ignées intermédiaires, les roches ignées mafiques, la sagduction[21], fusion d'impact[22], la tectonique des caloducs[23], KREEP terrestre[24] et scénarios à plusieurs étapes. Le plus célèbre est le modèle de croissance continental qui est similaire à la dynamique tectonique moderne[1] : température de cristallisation relativement faible et pour certains un enrichissement en oxygène lourd, avec inclusion similaire aux processus crustaux modernes et montrent des signes de différenciation à ~ 4,5 Ga[1]. Une hydrosphère terrestre précoce est attestée dès le début de la formation de la croûte felsique, dans laquelle se forment des granitoïdes qui sont, par la suite, altérés par une activité hydrique, avec de possible d'interactions aux limites des plaques[1].

Processus tectoniques de l'Hadéen

Les proportions relatives des éléments traces (notamment Nb, Sc, U et Yb) et les rapports isotopiques de l'hafnium et de l'oxygène des zircons détritiques permettent de circonscrire le contexte géodynamique de leur formation. Ces zircons apportent en 2025 un éclairage inédit sur la chronologie et le contexte du magmatisme primitif. Plus de 70 % des zircons détritiques hadéens des Jack Hills (Australie-Occidentale) présentent un rapport Sc/Yb supérieur à 0,1 (signature d'un contexte d'arc continental) et 47 % un rapport U/Nb supérieur à 20 (signature d'un contexte de subduction), les autres présentant des caractéristiques d'îles océaniques, avec peu d'indices d'un contexte de dorsale océanique : ces zircons hadéens proviennent probablement de terrains distincts, ayant connu des histoires tectoniques séparées. A contrario, la plupart des zircons hadéens de Barberton (en) (Afrique du Sud) sont de type plaque stagnante (en). Différents processus tectoniques ont donc eu cours durant l'Hadéen, impliquant une plus grande diversité de l'origine des croûtes anciennes qu'on ne le pensait auparavant[25].

Notes et références

  1. Harrison 2009.
  2. ↑ Lagabrielle, Maury et Renard 2017. page 8
  3. ↑ Maas, Kinny, Williams, Froude, & Compston. (1992). The Earth's oldest known crust: A geochronological and geochemical study of 3900–4200 Ma old detrital zircons from Mt. Narryer and Jack Hills, Western Australia. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 56(3), 1281-1300.
  4. ↑ Pidgeon, & Nemchin. (2006). Comparative age distributions and internal structures of Archaean zircons from quartzites from Mt Narryer and the Jack Hills, Western Australia. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 70(18), A493.
  5. ↑ Nelson, Robinson, & Myers. (2000). Complex geological histories extending for ≥4.0 Ga deciphered from xenocryst zircon microstructures. Earth and Planetary Science Letters, 181(1), 89-102.
  6. ↑ Wyche S (2007) Evidence of Pre-3100 Ma Crust in the Youanmi and South West Terranes, and Eastern Goldfields Superterrane, of the Yilgarn Craton. Dev Precambrian Geol 15:113–123
  7. ↑ Thern, & Nelson. (2012). Detrital zircon age structure within ca. 3Ga metasedimentary rocks, Yilgarn Craton: Elucidation of Hadean source terranes by principal component analysis. Precambrian Research,214-215, 28-43.
  8. ↑ Paquette JL, Barbosa JSF, Rohais S, Cruz SC, Goncalves P, Peucat JJ, Leal ABM, Santos-Pinto M, Martin H (2015) The geological roots of South America: 4.1 Ga and 3.7 Ga zircon crystals discovered in NE Brazil and NW Argentina. Precambrian Res 271:49–55
  9. ↑ Bowring SA, Williams IS (1999) Priscoan (4.00–4.03 Ga) orthogneisses from northwestern Canada. Contrib Mineral Petrol 134:3–16
  10. ↑ Stern RA, Bleeker W (1998) Age of the world’s oldest rocks refined using Canada’s SHRIMP the Acasta gneiss complex Northwest Territories Canada. Geosci Canada 25:27–31
  11. ↑ Mojzsis SJ, Cates NL, Caro G, Trail D, Abramov O, Guitreau M, Blichert-Toft J, Hopkins MD, Bleeker W (2014) Component geochronology in the polyphase ca. 3920 Ma Acasta Gneiss. Geochim Cosmochim Acta 133:68–96
  12. ↑ Fei, Guangchun, Zhou, Xiong, Duo, Ji, Zhou, Yu, Wen, Chun-Qi, Wen, Quan, . . . Liu, Hongfei. (2015). Zircon U-Pb age and geochemical characteristics of ore-bearing granodiorite porphyry in the Duobuza porphyry copper deposit, Tibet. Journal of the Geological Society of India, 86(2), 223-232.
  13. ↑ Diwu Chunrong, Sun Yong, Wang Hongliang, & Dong Zhengchan. (2010). A mineral record of 4.0 Ga metamorphism; evidence of metamorphic zircon xenocryst from western north Qinling orogenic belt. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 74(12), A237-A237.
  14. ↑ Cui, Pei-Long, Sun, Jing-Gui, Sha, De-Ming, Wang, Xi-Jing, Zhang, Peng, Gu, A-Lei, & Wang, Zhong-Yu. (2013). Oldest zircon xenocryst (4.17 Ga) from the North China Craton. International Geology Review,55(15), 1902-1908.
  15. ↑ Harrison TM, Schmitt AK (2007) High sensitivity mapping of Ti distributions in Hadean zircons. Earth Planet Sci Lett 261:9–19
  16. ↑ Mojzsis, S., & Harrison, T. (2002). Origin and significance of Archean quartzose rocks at Akilia, Greenland. Science, 298(5595), 917.
  17. ↑ Wilke, Schmidt, Dubrail, Appel, Borchert, Kvashnina, & Manning. (2012). Zircon solubility and zirconium complexation in H2O Na2O SiO2±Al2O3 fluids at high pressure and temperature. Earth and Planetary Science Letters, 349-350, 15-25.
  18. ↑ Nadeau S, Chen W, Reece J, Lachhman D, Ault R, Faraco MTL, Fraga LM, Reis NJ, Betiollo LM (2013) Guyana: the Lost Hadean crust of South America? Braz J Geol 43:601–606
  19. ↑ Sohma, T. (1999). Study of the Indian Shield: A Tectonic Model of Continental Growth. Gondwana Research, 2(2), 311-312.
  20. ↑ Haraldur Sigurdsson. (1977). Generation of Icelandic rhyolites by melting of plagiogranites in the oceanic layer. Nature, 269(5623), 25-28.
  21. ↑ François, Philippot, Rey, & Rubatto. (2014). Burial and exhumation during Archean sagduction in the East Pilbara Granite-Greenstone Terrane. Earth and Planetary Science Letters, 396, 235-251.
  22. ↑ Plescia, J., & Cintala, M. (2012). Impact melt in small lunar highland craters. Journal of Geophysical Research: Planets, 117(E12), N/a.
  23. ↑ Moore, W., & Webb, A. (2013). Heat-pipe Earth. Nature, 501(7468), 501-5.
  24. ↑ Longhi, & Auwera. (1993). The monzonorite-anorthosite connection: The petrogenesis of terrestrial KREEP. Lunar and Planetary Inst., Twenty-Fourth Lunar and Planetary Science Conference. Part 2: G-M, 897-898.
  25. ↑ (en) John W. Valley, Tyler B. Blum, Kouki Kitajima, Kei Shimizu et Michael J. Spicuzza, « Contemporaneous mobile- and stagnant-lid tectonics on the Hadean Earth », Nature,‎ (DOI 10.1038/s41586-025-10066-2 Accès libre).

Voir aussi

Bibliographie

Document utilisé pour la rédaction de l’article : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

  • (en) Mark Harrison, « The Hadean crust: Evidence from >4 Ga zircons », Annual Reviews of Earth and Planetay Sciences, Palo Alto, États-Unis, Annual Reviews, vol. 37,‎ , p. 479-505 (ISSN 0084-6597, e-ISSN 1545-4495, DOI 10.1146/annurev.earth.031208.100151, résumé). Ouvrage utilisé pour la rédaction de l'article
  • Lagabrielle Yves, Maury René et Renard Maurice, Mémo visuel de géologie : l'essentiel en fiches, Paris, Dunod, , 2e éd. (1re éd. 2013), 252 p. (ISBN 978-2-10-076928-5). Ouvrage utilisé pour la rédaction de l'article

Articles connexes

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