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Milliard ennuyeux

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Le taux d'oxygène dans l'atmosphère reste stable autour de 1 % pendant le Milliard ennuyeux (échelle logarithmique)

LeMilliard ennuyeux(de l'anglaisBoring billion), ouGrande discordance(Great unconformity), désigne une période de l'histoire de la Terred'environ un milliard d'années, entre 1,8 et 0,8Ga,caractérisée par une stabilitétectonique,unestaseclimatique (relative stabilité de l'environnement atmosphérique) et uneévolution biologiqueapparemment lente avec des niveaux d'oxygène très bas et aucune preuve deglaciation.

Description

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En 1995, lesgéologuesRoger Buick, Davis Des Marais etAndrew Knollpassent en revue l'apparent défaut d'événementsbiologiques,géologiquesetclimatiquesmajeurs pendant l'ère mésoprotérozoïque,il y a entre 1,6 et 1 milliard d'années (Ga), la décrivant comme« le moment le plus ennuyeux de l'histoire de la Terre »[1].L'expression« Milliard ennuyeux »(en anglaisBoring Billion) est créée par lepaléontologueMartin Brasierpour désigner la période comprise entre 2 et 1Ga,caractérisée par unestasegéochimiqueet une stagnation glaciaire[2].En 2013, le géochimiste Grant Young utilise l'expression« Milliard stérile »(en anglaisBarren Billion) pour désigner la période d'apparente stagnation glaciaire et l'absence d'excursionsisotopiques du carbonecomprise entre 1,8 et 0,8Ga[3].En 2014, les géologues Peter Cawood et Chris Hawkesworth désignent la période entre 1,7 et 0,75Gapar l'expression« le Moyen-Âge de la Terre »à cause de l'absence de preuve demouvement tectonique[4].

Le Milliard ennuyeux est maintenant largement défini comme compris entre 1,8 et 0,8Ga,au sein de l'éonProtérozoïque,principalement au cours de l'èreMésoprotérozoïque.Le Milliard ennuyeux est caractérisé par une stase géologique, climatique et dans l'ensembleévolutionnaire,avec une faible abondance de nutriments[3],[5],[6],[7],[8].

Il est précédé par laGrande Oxydation,due à l'évolution de laphotosynthèse oxygéniquedescyanobactéries,et laglaciation huroniennequi en résulte (Terre boule de neige), la formation de lacouche d'ozonebloquant lesrayonnements solairesultraviolets,et l'oxydation de plusieurs métaux[9].Ce dernier s'achève avec la fracture du supercontinentRodinialors de la période duTonien(1000-720Ma), un second événement d'oxygénation et une autre Terre boule de neige lors de la période duCryogénien[4],[10].

Spécificités

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Stase de l'activité tectonique

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Reconstitution deColumbia(image du dessus à 1,6Ga) etRodiniaaprès séparation (image du dessous à 0,75Ga).

L'évolution de labiosphère,atmosphèreethydrosphèreterrestre a longtemps été liée à lasuccession des supercontinents(en),où les continents s'agrègent puis se séparent en dérivant. Le Milliard ennuyeux voit la formation de deux supercontinents:Columbia(ou Nuna) etRodinia[5],[11].

Columbia se forme entre 2 et 1,7Gaet reste intact jusqu'au moins 1,3Ga.Des preuves géologiques etpaléomagnétiquessuggèrent que Columbia n'aurait subi que des changements mineurs pour former lesupercontinentRodinia entre 1,1 et 0,9Ga.Des reconstructionspaléogéographiquessuggèrent que l'assemblage supercontinental était situé dans des zones climatiqueséquatorialesettempérées,et il n'y a que peu, voire aucune, preuves de présence de fragments continentaux dans lesrégions polaires[11].

Compte tenu de l'absence de preuve desédimentationsur lesmarges passives,qui serait le résultat de larupture de la croûte continentale(rifting)[12],le supercontinent ne se serait pas séparé, et aurait simplement été un assemblage de proto-continents et decratonssuperposés. Il n'y a pas de preuve de rifting jusqu'à la formation de Rodinia, il y a 1,25Gaau nord deLaurentia,et 1GaenBalticaet au sud de laSibérie[5],[4].Cependant, la rupture n'a lieu qu'en 0,75Ga,marquant la fin du Milliard ennuyeux[4].Cette stase de l'activité tectonique est peut-être liée à lachimie atmosphériqueet océanique[5],[7],[4].

Il est possible que l'asthénosphère,la partieductiledumanteausupérieur terrestre sur laquelle les plaques tectoniques flottent et bougent, était alors trop chaude pour soutenir une tectonique des plaques moderne. Ainsi, au lieu d'un intense recyclage des plaques dans leszones de subduction,les plaques restent liées les unes aux autres jusqu'à ce que le manteau se refroidisse assez. L'initiation de la subduction, élément de la tectonique des plaques, peut avoir été déclenchée par le refroidissement et l'épaississement de lacroûte terrestre.Ces deux facteurs rendent la subduction, une fois initiée, particulièrement forte, marquant la fin du Milliard ennuyeux[4].

Cependant, d'importants événements magmatiques ont toujours lieu, comme la formation (par unpanache) dubloc de Musgrave(en)d'une surface de 220 000km2enAustraliecentrale entre 1,22 et 1,12Ga[13]et legrande province ignée de Mackenzie(en)auCanada,d'une surface de 2 700 000km2,il y a 1,27Ga[14].La tectonique est par ailleurs suffisamment active pour former de nouvelles montagnes, avec plusieursorogenèsesayant lieu à cette époque, telle que l'orogenèse grenvillienne[15].

Stabilité climatique

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Courbes montrant les températures moyennes durant le Mésoprotérozoïque. La ligne bleue utilise des concentrations de CO25 fois supérieures aux concentrations actuelles, la ligne rouge 10 fois, et le point rouge montre la plage de températures moyennes aux tropiques.

Il y a peu d'indication de variabilité climatique significative pendant cette période[3],[16].Le climat n'est probablement pas principalement dicté par laluminosité solaire,leSoleilétant 5 à 18% moins lumineux qu'aujourd'hui, mais il n'y a pas d'élément permettant d'affirmer que la Terre était significativement plus froide[17],[18].En fait, le Milliard ennuyeux manque de preuves de glaciations prolongées, comme observées à intervalles réguliers dans d'autres parties de l'histoire géologique de la Terre[18].Les concentrations en CO2n'expliquent pas cette absence: leur niveau aurait dû être 30 à 100 fois plus haut que pendant l'ère pré-industrielle[17]pour entraîner une importanteacidification des océans[18]empêchant la formation de glace. Les niveaux de CO2du Mésoprotéozoïque peuvent avoir été comparables à ceux de l'éonPhanérozoïque,peut-être 7 à 10 fois supérieurs aux niveaux actuels[19].

La première trace de glace de cette période est rapportée en 2020 et provient de laformationdeDiabaig(en)dans legroupe de Torridon(en)enÉcossedatant d'il y a 1Ga,où des formations dedropstonesont probablement été constituées par des débristransportés par radeaux de glace.La zone, alors située entre le35eparallèleet le50eparallèle sud,était un lac (possiblement de montagne) que l'on estime gelé en hiver, le transport des débris ayant lieu lors de la fonte printanière[20].

Composition des océans

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Les océans ne semblent contenir que de faibles concentrations en nutriments clés que l'on estime nécessaires pour une vie complexe (en particulier lemolybdène,le fer, l'azoteet lephosphore) dues en grande partie au manque d'oxygène pour entraîner les oxydations essentielles à cescycles géochimiques(en)[21],[22],[23].Les nutriments sont cependant plus abondants dans les environnements terrestres, comme dans les lacs ou proche des côtes, à proximité des ruissellements continentaux[24].

Autres particularités

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Le Milliard ennuyeux a été précédé et suivi de périodes de grands bouleversements, matérialisées par des épisodes de grandes glaciations (ouTerre boule de neige) et par une transformation radicale de la morphologie des êtres vivants (apparition des premierseucaryotesen amont, apparition des premiers êtres multicellulaires en aval).

La stagnation de l'évolution, souvent considérée comme une anomalie, est généralement attribuée à un faible taux d'oxygène qui, après laGrande oxydation,se maintient autour de 0,1 % de sa teneur actuelle[25],[26]et aurait entravé l'élaboration de formes de vie complexes.

Le Milliard ennuyeux suscite un regain d'intérêt depuis le début des années 2010:« Les chercheurs s'aperçoivent que la stabilité caractéristique du Milliard ennuyeux — qui n'a aucun précédent et demeure inédite dans l'histoire de la Terre — est bien plus difficile à expliquer que les changements environnementaux qui ponctuent d'autres périodes »[27].Le rôle stabilisateur du faible taux d'oxygène est notamment reconsidéré: de nouvelles recherches émettent l'hypothèse d'une causalité inversée où l'émergence d'organismes multicellulairescomplexes aurait contribué à accroître ce taux, plus qu'elle n'en serait la résultante.

En 2023, une revue des contraintes observationnelles sur ladurée du jourauPrécambrienmontre qu'elle est restée voisine de 19hpendant environ un milliard d'années incluant leMésoprotérozoïque,sans doute en raison d'unerésonanceentre lesmaréeslunaire et solaire. Cette période se confond avec le Milliard ennuyeux[28],[29].

Métallogénie

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Contrairement aux autres supercontinents, il n'existe que des indices limités sur la rupture et la dérive des continents lors de la transition de la rupture deColumbiaà l'assemblage deRodinia.Il s'est agi d'un régimetectoniquede type « accordéon », caractérisé par de faibles déformations et des périodes intermittentes d'extension,deriftinget de remontéeasthénosphériquede degré variable, suivies d'une compression et de la fermeture des bassins d'extension. Cette tectonique anormale a entraîné unemétallogénietout aussi anormale mais particulièrement intense, largement préservée jusqu'à nos jours. Lemagmatismeintermittent dû à la fonte dumanteauet auxcirculations hydrothermalesa créé une variété degisementsgéants, préservés sur les marges de la lithosphèreobductéependant les épisodes de compression modérée. La métallogénie a été épisodique, avec des pics à environ 1,7−1,6, 1,4 et 1,1Ga.Les plus grands gisements mondiauxde fer, de cuivre et d'or(en),de terres rares(dans descarbonatites),de diamant(dans deslamproïtes),d'uranium(endiscordance), dezincet deplomb(dans des gîtesexhalatifs(en)oude type Broken Hill(en)) datent de cette période. C'est semble-t-il le manque relatif d'activité tectonique et de dérive des continents qui est responsable de cette métallogénie spectaculaire et unique dans l'histoire de la Terre, au cours d'un milliard d'années somme toute « pas aussi ennuyeux qu'il n'y paraît »[30].

Notes et références

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  1. ↑(en)R.Buick,D. J.Des Maraiset A. H.Knoll,«Stable isotopic compositions of carbonates from the Mesoproterozoic Bangemall group, northwestern Australia»,Chemical Geology,vol.123,nos1–4,‎,p.153–171(DOI10.1016/0009-2541(95)00049-R)
  2. ↑(en)MartinBrasier,Secret Chambers: The Inside Story of Cells and Complex Life,Oxford University Press,(ISBN978-0-19-964400-1),p.211
  3. ↑abetc(en)Grant M.Young,«Precambrian supercontinents, glaciations, atmospheric oxygenation, metazoan evolution and an impact that may have changed the second half of Earth history»,Geoscience Frontiers,vol.4,no3,‎,p.247–261(DOI10.1016/j.gsf.2012.07.003)
  4. ↑abcdeetf(en)Peter A.Cawoodet Chris J.Hawkesworth,«Earth's middle age»,Geology,vol.42,no6,‎,p.503–506(DOI10.1130/G35402.1).
  5. ↑abcetd(en)N. M. W.Roberts,«The boring billion? – Lid tectonics, continental growth and environmental change associated with the Columbia supercontinent»,Geoscience Frontiers,thematic Section: Antarctica – A window to the far off land,vol.4,no6,‎,p.681–691(DOI10.1016/j.gsf.2013.05.004)
  6. ↑(en)I.Mukherjee,R. R.Large,R.Corkreyet L. V.Danyushevsky,«The Boring Billion, a slingshot for Complex Life on Earth»,Scientific Reports,vol.8,no4432,‎,p.4432(DOI10.1038/s41598-018-22695-x)
  7. ↑aetb(en)HollandHeinrich D.,«The oxygenation of the atmosphere and oceans»,Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences,vol.361,no1470,‎,p.903–915(DOI10.1098/rstb.2006.1838)
  8. ↑(en)L.Peng,L.Yonggang,H.Yongyun,Y.Yunet S. A.Pisarevsky,«Warm Climate in the "Boring Billion" Era»,Acta Geologica Sinica,vol.93,‎,p.40–43(DOI10.1111/1755-6724.14239)
  9. ↑(en)T.Lentonet A.Watson,« The not-so-boring billion »,dansRevolutions that made the Earth,(ISBN978-0-19-958704-9,DOI10.1093/acprof:oso/9780199587049.003.0013),p.242–261
  10. ↑(en)J. L.Brooke,Climate Change and the Course of Global History: A Rough Journey,Cambridge University Press,(ISBN978-0-521-87164-8),p.40–42
  11. ↑aetb(en)D. A. D.Evans,«Reconstructing pre-Pangean supercontinents»,Geological Society of America Bulletin,vol.125,nos11–12,‎,p.1735–1751(DOI10.1130/b30950.1)
  12. ↑(en)Dwight C.Bradley,«Passive margins through earth history»,Earth-Science Reviews,vol.91,nos1–4,‎,p.1–26(DOI10.1016/j.earscirev.2008.08.001,lire en ligne)
  13. ↑(en)W.Gorczyk,H.Smithies,F.Korhonen,H.Howardet R. Q.de Gromard,«Ultra-hot Mesoproterozoic evolution of intracontinental central Australia»,Geoscience Frontiers,vol.6,no1,‎,p.23–37(DOI10.1016/j.gsf.2014.03.001)
  14. ↑(en)S. E.Bryanet L.Ferrari,«Large igneous provinces and silicic large igneous provinces: Progress in our understanding over the last 25 years»,GSA Bulletin,vol.125,nos7–8,‎,p.1055(DOI10.1130/B30820.1)
  15. ↑(en)R. P.Tollo,L.Corriveau,J.McLellandet M. J.Bartholomew,« Proterozoic tectonic evolution of the Grenville orogen in North America: An introduction »,dans R. P. Tollo, L. Corriveau, J. McLelland et M. J. Bartholomew,Proterozoic tectonic evolution of the Grenville orogen in North America,vol.197,,1–18p.(ISBN978-0-8137-1197-3,lire en ligne)
  16. ↑(en)M.D.Brasier,«A billion years of environmental stability and the emergence of eukaryotes: New data from northern Australia»,Geology,vol.26,no6,‎(PMID11541449,DOI10.1130/0091-7613(1998)026<0555:ABYOES>2.3.CO;2)
  17. ↑aetb(en)R.Fiorellaet N.Sheldon,«Equable end Mesoproterozoic climate in the absence of high CO2»,Geology,vol.45,no3,‎(DOI10.1130/G38682.1,lire en ligne)
  18. ↑abetc(en)J.Veizer,«Celestial Climate Driver: A Perspective from Four Billion Years of the Carbon Cycle»,Geoscience Canada,vol.32,no1,‎(ISSN1911-4850,lire en ligne)
  19. ↑(en)L. C.Kahet R.Riding,«Mesoproterozoic carbon dioxide levels inferred from calcified cyanobacteria»,Geology,vol.35,no9,‎,p.799–802(DOI10.1130/G23680A.1,S2CID129389459)
  20. ↑(en)A.Hartley,B.Kurjanski,J.Pugsleyet J.Armstrong,«Ice-rafting in lakes in the early Neoproterozoic: dropstones in the Diabaig Formation, Torridon Group, NW Scotland»,Scottish Journal of Geology,vol.56,‎,p.47–53(DOI10.1144/sjg2019-017)
  21. ↑(en)A. D.Anbaret A. H.Knoll,«Proterozoic Ocean Chemistry and Evolution: A Bioinorganic Bridge?»,Science,vol.297,no5584,‎(ISSN0036-8075,PMID12183619,DOI10.1126/science.1069651)
  22. ↑(en)K.Fennel,MFollowset P. G.Falkowski,«The co-evolution of the nitrogen, carbon and oxygen cycles in the Proterozoic ocean»,American Journal of Science,vol.305,nos6–8,‎(ISSN0002-9599,DOI10.2475/ajs.305.6-8.526)
  23. ↑(en)M. A.Kippet E. E.Stüeken,«Biomass recycling and Earth's early phosphorus cycle»,Science Advances,vol.3,no11,‎(PMID29202032,PMCID5706743,DOI10.1126/sciadv.aao4795)
  24. ↑(en)J.Parnell,S.Sprinks,S.Andrews,W.Thayalanet S.Bowden,«High Molybdenum availability for evolution in a Mesoproterozoic lacustrine environment»,Nature Communications,vol.6,no6996,‎(PMID25988499,DOI10.1038/ncomms7996,lire en ligne)
  25. ↑«L’effet « yoyo » de l’oxygène atmosphérique il y a 2,3 à 2 milliards d’années, décisif pour la vie sur Terre», surINSU(consulté le)
  26. ↑«Découverte scientifique majeure par l’analyse des sédiments du bassin de Franceville au Gabon», surLa France au Gabon et à São Tomé et Principe(consulté le)
  27. ↑(en)«New fascination with Earth's 'Boring Billion'», surScience
  28. ↑Nicolas Butor, «Quand les jours ne duraient que dix-neuf heures»,Pour la science,no551,‎,p.8.
  29. ↑(en)Ross N. Mitchell et Uwe Kirscher, «Mid-Proterozoic day length stalled by tidal resonance»,Nature Geoscience,vol.16,‎,p.567-569(DOI10.1038/s41561-023-01202-6Accès libre).
  30. ↑(en)M. Santosh et D.I. Groves, «The Not-So-Boring Billion: A metallogenic conundrum during the evolution from Columbia to Rodinia supercontinents»,Earth-Science Reviews(en),vol.236,‎,articleno104287(DOI10.1016/j.earscirev.2022.104287).

Voir aussi

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Bibliographie

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Articles connexes

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