Terre « boule de neige » : un super-volcanisme a refroidi la planète il y a 700 millions d’années

Si des extraterrestres ont visité notre système solaire autour de 675 millions d’années (MA) avant aujourd’hui, ils ont survolé une Terre très différente de celle sur laquelle nous vivons maintenant. Elle était toute blanche, car recouverte d’un manteau de glace intégral. « C’est un épisode unique de l’histoire lointaine de notre planète, que les géologues surnomment “Terre boule de neige”, explique Frédéric Dufour. Imaginez une super-glaciation qui a duré 56 millions d’années ! »

Quand il était étudiant au doctorat au Département des sciences de la Terre et de l’atmosphère de l’Université du Québec à Montréal, Frédéric Dufour s’est penché sur cet épisode, appelé plus officiellement glaciation du Sturtien. On savait, avec une grande précision, qu’il avait commencé il y a 717 millions d’années (Ma), pour se terminer il y a 661 Ma. Et on savait aussi que des éruptions volcaniques d’une extraordinaire intensité avaient eu lieu juste avant. Baptisées « volcanisme de Franklin », elles ont déversé pendant un à deux millions d’années des quantités astronomiques de lave, qui ont durci et qui forment main­tenant une partie du sol de l’île de Baffin et du nord-ouest du Groenland.

« Mais pour ce volcanisme, les datations étaient très floues, précise Frédéric Dufour. L’hypothèse dominante, c’est que ces éruptions sont responsables de la glaciation qui a suivi. Mais la communauté ne s’entendait pas sur le mécanisme qui a mené à la glaciation à la suite des éruptions. Seule une datation précise pouvait permettre de trancher. »

Deux hypothèses s’affrontaient. D’un côté, les gaz sulfaté (SO₄) émis dans l’atmosphère par les volcans auraient pu obscurcir le ciel, couper les rayons solaires et entraîner le refroidissement. « Ce scénario implique une glaciation très rapide, juste après le volcanisme », explique Frédéric Dufour. L’autre scénario laisse entendre que les grands champs de lave refroidie, devenue du basalte, auraient naturellement réagi avec le CO₂ présent dans l’atmosphère pour se transformer partiellement en calcaire. La concentration de CO₂ a alors graduellement baissé dans l’air et l’effet de serre a diminué au point de refroidir la Terre entière. « Dans ce cas, poursuit le chercheur, il aura fallu des centaines de milliers d’années, car c’est une réaction chimique qui a pris du temps. »

Pour en avoir le cœur net, Frédéric Dufour et ses directeurs de thèse, Ross Stevenson et Joshua Davies, ont décidé de dater précisément les roches de Franklin. L’étudiant s’est donc rendu au Nunavut et au Groenland en 2018 et en 2019 et en a rapporté quelques kilos à Montréal. De retour, il a dû pulvériser la roche pour mettre la main sur ce qu’il cherchait : de minuscules cristaux de zircon, des minéraux contenant de l’uranium.

« J’ai concassé des basaltes en une poudre fine et j’ai réussi à trouver les quelques grammes de zircon qu’il me fallait », relate Frédéric Dufour. Après la solidification du magma, l’uranium emprisonné dans les cristaux de zircon s’est transformé très lentement en plomb. Comme la vitesse de cette transformation est connue, la mesure des proportions d’uranium restant et de plomb dans un échantillon permet de savoir quand le zircon a été formé.

Résultat : les roches de Franklin ont été formées il y a 718 Ma. Des résultats d’une grande précision, publiés en juin 2023 dans la revue Earth and Planetary Science Letters. « C’est un million d’années avant le début de la glaciation, conclut Frédéric Dufour, ce qui signifie que c’est le phénomène d’altération des basaltes qui a déclenché l’événement. » Une conclusion solide… comme le roc !

Le groupe sur le terrain. Photo: Holly Steenkamp

Ont aussi participé à cette découverte : J. Wilder Greenman et Galen P. Halverson de l’Université McGill, ainsi que Thomas Skulski de la Commission géologique du Canada.