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Old moon, young crust: Violent volcanism may mean the moon is much older than previously thought
Lune ancienne, croûte jeune : un volcanisme violent pourrait signifier que la Lune est beaucoup plus vieille qu'on ne le pensait
par Birgit Krummheuer, Société Max Planck
Quelques centaines de millions d'années après sa formation, la Lune a été soumise à une intense activité volcanique. La distance entre la Terre et la Lune était alors bien plus petite qu'aujourd'hui. Crédit : MPS/Alexey Chizhik
Après sa formation, la Lune a peut-être été le théâtre d'une activité volcanique si intense que toute sa croûte a fondu plusieurs fois et a été complètement bouleversée. À cette époque, la Lune tournait beaucoup plus près de la Terre qu'aujourd'hui. Les forces de marée qui en ont réchauffé l'intérieur et ont ainsi alimenté le volcanisme violent. Seule la lune Io de Jupiter, de loin le corps le plus volcanique du système solaire, offre des conditions comparables.
Ces nouvelles considérations publiées aujourd'hui dans la revue Nature par une équipe internationale de chercheurs de l'Université de Californie à Santa Cruz, de l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire (MPS) et du Collège de France résolvent les contradictions et incohérences précédentes concernant l'âge de la Lune. Selon les chercheurs, la lune s'est formée il y a entre 4,43 et 4,51 milliards d'années. Sa croûte, elle, semble plus jeune de 80 à 160 millions d'années.
La lune semble peu disposée à révéler son âge. Les tentatives pour percer son secret ont donné lieu à des estimations qui diffèrent de plusieurs centaines de millions d'années : alors que certains chercheurs suggèrent que notre compagnon cosmique s'est formé il y a 4,35 milliards d'années, d'autres datent sa naissance à 4,51 milliards d'années.
L'une des contradictions les plus frappantes est de nature pierreuse : presque tous les échantillons de roche lunaire indiquent un âge plus jeune. Mais quelques rares cristaux de silicate de zirconium, appelés zircons, sont nettement plus anciens. Comment est-ce possible ? Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont réussi à résoudre cette contradiction. Selon leurs calculs, la croûte de la lune a en grande partie fondu après sa formation ; seuls quelques zircons ont pu résister à ces conditions extrêmes sans changement.
Une collision et ses conséquences
L'histoire de la lune commence par une collision massive. Au tout début du système solaire, un bloc de la taille de Mars s'est écrasé sur la Terre encore jeune. La collision a généré tellement de chaleur que notre planète a complètement fondu et a projeté dans l'espace une énorme quantité de matière. Cette matière s'est peu à peu agglutinée pour former la Lune, initialement recouverte d'un immense océan de roches liquides et chaudes. Au cours des millions d'années qui ont suivi, le corps nouvellement formé s'est refroidi et s'est éloigné de plus en plus de la Terre jusqu'à atteindre son orbite actuelle à une distance d'environ 384 400 kilomètres.
"Nous nous intéressons particulièrement à la phase où la distance entre la Terre et la Lune était d'environ un tiers de la distance actuelle", explique Francis Nimmo de l'Université de Californie à Santa Cruz, premier auteur de la nouvelle étude.
À cette époque, la position et la forme de l'orbite de la Lune ont changé à plusieurs reprises. Elle est notamment devenue plus elliptique, de sorte que la vitesse de la Lune et sa distance par rapport à la Terre ont sensiblement varié au cours de chaque orbite. Les forces qui s'exerçaient ainsi « brassaient » l'intérieur de la lune à tel point qu'elle se réchauffait.
Une situation similaire est encore observée aujourd'hui avec Io, la lune de Jupiter, qui tourne également autour de la géante gazeuse sur une orbite légèrement elliptique. Les énormes forces de marée de Jupiter font de cette petite lune le corps volcanique le plus actif du système solaire. La première lune de la Terre était probablement aussi puissante qu'Io.
Comme le montrent les calculs des chercheurs, le flux de chaleur provenant de l'intérieur de la lune était suffisant pour faire fondre et brasser l'ensemble du manteau. Bien qu'à aucun moment au cours de cette phase un océan de magma n'ait recouvert la lune dans son intégralité, au cours de plusieurs millions d'années, la chaleur provenant de l'intérieur a progressivement atteint chaque partie de la surface, liquéfiant la majeure partie de la roche de la croûte, peut-être même plusieurs fois. À certains endroits, la lave brûlante a pénétré jusqu'à la surface, à d'autres, du magma a été injecté sous la surface, chauffant les roches environnantes.
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Réinitialisation de l'horloge géologique
Cette histoire volcanique est décisive pour déterminer l'âge de la roche crustale. Depuis leur formation, les roches lunaires (comme les roches terrestres) contiennent des isotopes radioactifs. Les isotopes sont des variations de certains atomes qui ne diffèrent que par le nombre de neutrons dans le noyau atomique.
Les temps de désintégration des isotopes étant connus, il est possible de déduire l'âge de la roche à partir de leur concentration actuelle. Le facteur décisif : tant que la roche est chaude, elle peut échanger des isotopes avec son environnement. Lorsqu'elle refroidit, elle verrouille sa composition. Les isotopes radioactifs piégés commencent à se désintégrer et l'horloge géologique commence à tourner.
"Le volcanisme intense a probablement réinitialisé l'horloge géologique de la lune", explique Thorsten Kleine, directeur du MPS et co-auteur de l'étude. "Les échantillons de roches lunaires ne révèlent donc pas leur âge d'origine, mais seulement la date à laquelle elles ont été fortement chauffées pour la dernière fois", ajoute-t-il.
Seuls quelques zircons résistants à la chaleur fournissent des preuves d'un passé plus lointain, montrent les chercheurs dans leurs calculs. À certains endroits où la lave n'a pas atteint la surface, les grains de zircon sont restés froids, de sorte que leur horloge interne n'a pas été affectée.
"Les échantillons de roche lunaire nous racontent toute l'histoire turbulente de la lune. Ils nous renseignent sur sa formation et son volcanisme violent ultérieur. Jusqu'à présent, nous n'avons tout simplement pas interprété correctement ces indices", explique Kleine. Selon les résultats du chercheur, la lune elle-même a entre 4,43 et 4,51 milliards d'années. Le volcanisme violent a façonné sa croûte il y a environ 4,35 milliards d'années.
La solution de l'énigme
Les nouvelles découvertes résolvent également de nombreuses autres contradictions qui avaient jusqu'alors intrigué les scientifiques. Par exemple, le nombre relativement faible de cratères sur la Lune plaide en faveur de son âge avancé. En si longtemps, notre voisine cosmique aurait dû être témoin de plus d'impacts. Le volcanisme offre désormais une explication. « La lave de l'intérieur de la Lune aurait pu remplir les premiers bassins d'impact et les rendre ainsi méconnaissables », explique Alessandro Morbidelli, co-auteur de l'étude au Collège de France.
La composition du manteau lunaire a posé un autre problème aux chercheurs. Il s'agit de la couche de roche qui se trouve directement sous la croûte lunaire. Sa liste d'ingrédients diffère de celle de la Terre sur des points essentiels. Cependant, si l'intérieur de la Lune a fondu une deuxième fois, certaines substances auraient pu s'échapper du manteau vers le noyau de fer situé en dessous.
« Les nouveaux résultats signifient que toutes les pièces du puzzle qui ne s'emboîtaient pas auparavant forment désormais une image globale cohérente de la formation de la Lune », explique Alessandro Morbidelli, co-auteur de l'étude au Collège de France.
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COMMENTAIRES
Je joge difficile le travail des astronomes qui se changent en archéologues de cet article ...
Si après sa formation, notre lune a peut-être été le théâtre d'une activité volcanique si intense que toute sa croûte a fondu plusieurs fois ,alors elle a été complètement bouleversée. À cette époque, la lune orbitait beaucoup plus près de la Terre qu'aujourd'hui. Les forces de marée qui en ont résulté ont réchauffé son intérieur et ont ainsi alimenté le volcanisme Les auteurs s inspirent de la lune Io de Jupiter, de loin le corps le plus volcaniquement actif du système solaire, qui offre des conditions peut etre comparables. Mais ont ils raison ????
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More information: Francis Nimmo et al, Tidally driven remelting around 4.35 billion years ago indicates
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