Un fossile de bois vieux de 300 millions d’années devient une horloge géologique pour l’histoire de la Terre
Bien que les découvertes d’os et de dents d’animaux préhistoriques suscitent généralement un plus grand intérêt parmi les chercheurs, une publication récente souligne l’importance cruciale du bois fossilisé dans la compréhension de millions d’années d’histoire géologique de la Terre. Les restes végétaux sont fondamentaux pour comprendre l’évolution de notre planète.
Des recherches portant sur le bois fossilisé trouvé dans les monts Kyffhäuser, situés dans le bassin de la rivière Saale, dans le nord de l’Allemagne, indiquent que le bois possède la plus grande affinité chimique pour la minéralisation parmi les tissus organiques résistants.
Cet exemple spécifique de bois provient de grands arbres d’une forêt qui prospérait au Carbonifère, bien avant l’ère des dinosaures. Les arbres ont été enterrés dans le lit des rivières d’une zone tropicale du supercontinent Pangée, un endroit qui a connu des cycles de saisons sèches et d’inondations.
Selon l’étude, après l’enfouissement, le bois a subi quatre étapes de minéralisation sur des millions d’années. Chaque cycle a généré un type distinct de quartz, fournissant des données cruciales sur le bassin où s’est développée la végétation.
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Le Dr Steffen Trümper de l’Université de Münster en Allemagne a déclaré dans un communiqué qu’il est « étonnant qu’un fossile, souvent de la taille d’un palmier, puisse enregistrer l’histoire géologique d’une région entière pendant des centaines de millions d’années ».
Des processus de fossilisation qui révèlent le passé de la Terre
La recherche précise qu’il y a 304 millions à 299 millions d’années, des conditions spécifiques ont permis aux acides siliciques de pénétrer dans le bois enfoui. Cela a abouti à la formation d’opale, qui a réussi à préserver la structure des parois cellulaires de la matière végétale.
Plus tard, entre 299 et 290 millions d’années, les fossiles ont été recouverts de sédiments et exposés à des températures comprises entre 50°C et 70°C. Ce chauffage transformait le bois opalisé en délicats cristaux de quartz. Ces événements ont été cruciaux pour la préservation de lignées évolutives qui n’existent plus aujourd’hui, les conifères étant leurs plus proches parents vivants, comme le rapportent Trümper et son équipe, bien que d’autres changements dans les fossiles aient été moins observés.
L’équipe de scientifiques a découvert que, à mesure qu’un nombre suffisant de couches de strates s’accumulaient sur le bois déjà minéralisé, la combinaison de chaleur, de pression et de salinité provoquait le remplacement de la plupart des cristaux de quartz fins par des cristaux de quartz-hématite plus épais. Ce processus a toutefois entraîné une perte de préservation des structures anatomiques dans les zones touchées.
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Les chercheurs décrivent une période d’inactivité ultérieure et prolongée, précédant l’exposition à des températures élevées, comprises entre 170°C et 290°C. Cette condition a donné naissance à un autre type de quartz, les cristaux euédriques, en forme de bloc.
La dernière phase de transformation comprenait la formation de quartz de baryum, identifié par l’émission de lumière bleue lorsqu’il est bombardé par des électrons, un phénomène connu sous le nom de cathodoluminescence.
L’aspect le plus important de ces quatre transformations du quartz est que chacune d’elles nécessitait des conditions de température et de pression spécifiques. Plus important encore, le bois fossilisé était capable de conserver des preuves précises du moment où chacune de ces étapes géologiques s’est produite, devenant ainsi un véritable enregistrement du temps.
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Comment la datation uranium-plomb révèle les époques géologiques
Les cristaux de quartz absorbent l’uranium de l’environnement lors de leur formation, mais pas le plomb. Au fil du temps, l’uranium se désintègre lentement en plomb, et le rapport de ces éléments permet aux géologues de déterminer la période écoulée depuis la création des cristaux. Bien que le plomb puisse être incorporé ou retiré des cristaux par d’autres voies, ce qui nécessite de la prudence, Trümper a déclaré que son équipe avait pris en compte ces facteurs. Le chercheur a ajouté : “En fait, nous avons été assez surpris que l’horloge qui a commencé avec la minéralisation initiale à la fin du Carbonifère n’ait pas été complètement inversée au cours des processus ultérieurs.”
Cette méthodologie offre à la science un outil nouveau et puissant pour suivre l’évolution et le déplacement des continents au fil des éons.
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En analysant l’âge des cristaux restants de chaque phase de formation, Trümper et son équipe ont créé une chronologie des transformations. Ils ont identifié la formation de quartz hématite il y a entre 257 millions et 260 millions d’années, de quartz euédrique il y a 180 millions à 150 millions d’années et de quartz barytique il y a environ 100 millions d’années.
Les changements géologiques exigent des conditions précises de température et de pression, directement liées à la profondeur à laquelle se trouvait le bois à chaque période. Ainsi, l’équipe a pu reconstituer une histoire de la quantité de matériaux qui recouvraient le bois ancien à différentes époques. La conversion finale, par exemple, nécessitait des profondeurs comprises entre 3 et 5,5 kilomètres.
Actuellement, le bois fossilisé se trouve à la surface, dans un endroit curieux, devant le monument Kyffhäuser, qui est l’une des statues les plus hautes d’Allemagne. Cette position superficielle suggère aux géologues l’existence d’un soulèvement important du terrain dans un passé géologique récent. Tous ces événements réunis révèlent l’histoire géologique de la région sur 300 millions d’années.
Trümper a expliqué dans une note que “les minuscules inclusions fluides dans le quartz étaient particulièrement révélatrices, car elles préservent des informations sur les conditions exactes au cours de la croissance du cristal”. Il a ajouté que “le bois fossilisé étant présent dans de nombreuses formations rocheuses à travers le monde, cela ouvre une source précieuse d’informations. Cela fournit à la science un nouvel outil pour suivre l’évolution des continents”.
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Cependant, tout comme toutes les forêts ne se transforment pas en bois fossilisé, la plupart des processus de fossilisation ne réalisent pas toutes les étapes observées à Kyffhäuser. A 80 kilomètres au sud, à Manebach, des troncs de conifères ont également subi une minéralisation.
Les auteurs de l’étude notent qu’à Manebach, “la préservation délicate des structures cellulaires est bien meilleure qu’à Kyffhäuser, et même des champignons intracellulaires peuvent être trouvés”. Malgré cela, les tentatives d’analyse des inclusions fluides et de datation des fossiles de Manebach à l’aide du système isotopique uranium-plomb n’ont pas donné de résultats efficaces.
Trümper a expliqué qu’en appliquant des lasers sur les échantillons de Manebach, “des morceaux plus gros se sont détachés de l’échantillon au lieu des petits morceaux nécessaires à l’analyse de la composition isotopique”. L’équipe ne sait pas encore avec certitude dans quelle mesure ce problème est courant dans d’autres analyses de bois fossilisé.
Cependant, Trümper a mentionné qu’une étude récente sur le bois fossilisé en Chine décrit un site qui “semble prometteur” pour documenter une séquence de transformations similaires à celle observée à Kyffhäuser.
