Si nous considérons son taux de recul actuel et le projetons dans le passé, nous nous retrouvons avec une collision entre la Terre et la Lune il y a environ 1,5 milliard d’années. Cependant, il s’est formé il y a environ 4,5 milliards d’années, ce qui signifie que le taux actuel d’élimination est un mauvais indicateur du passé. Avec nos collègues chercheurs de l’Université d’Utrecht et de l’Université de Genève, nous avons utilisé une combinaison de techniques pour essayer d’obtenir des informations sur le passé lointain de notre système solaire. Nous avons récemment découvert l’endroit idéal pour reconstituer l’histoire à long terme de la distance de notre Lune. Et cela ne se fait pas en étudiant la Lune elle-même, mais en lisant des signaux dans d’anciennes couches rocheuses sur Terre.

Lire entre les couches

Dans le magnifique parc national de Karijini en Australie occidentale, des gorges (ou canyons) traversent des sédiments qui apparaissent comme des couches circulaires, vieilles de 2,5 milliards d’années. Ces sédiments sont des formations de fer rubanées. Ils se composent de couches distinctives de minéraux riches en fer et en silicium qui se sont autrefois déposés sur le fond de l’océan et se trouvent maintenant dans les parties les plus anciennes de la croûte terrestre. Les roches de Joffre Falls présentent des couches de formation de fer brun rougeâtre d’un peu moins d’un mètre d’épaisseur alternées, à intervalles réguliers, par des horizons plus sombres et plus minces. Joffre Canyon dans le parc national de Karijini, en Australie occidentale, qui alterne régulièrement entre une roche plus dure, brun rougeâtre et une roche plus tendre et riche en argile (indiquée par des flèches) d’une épaisseur moyenne de 85 cm. Ces changements sont attribués aux changements climatiques passés causés par les fluctuations de l’excentricité de l’orbite terrestre. (Frits Hilgen), Auteur fourni Les intervalles les plus sombres sont constitués d’un type de roche plus tendre qui est plus sensible à l’érosion. Un examen plus approfondi des affleurements révèle la présence de variations plus régulières et à plus petite échelle. Les surfaces rocheuses, qui ont été polies par l’eau de la rivière saisonnière qui traverse la gorge, révèlent un motif d’alternance de couches blanches, rougeâtres et gris bleuâtre. En 1972, le géologue australien AF Trendall a soulevé la question de l’origine des différentes échelles de motifs circulaires et répétitifs visibles dans ces anciennes couches rocheuses. Il a suggéré que ces schémas pourraient être liés aux fluctuations climatiques passées, causées par les «cycles de Milankovitch».

Changements climatiques cycliques

Les cycles de Milankovitch décrivent comment de petits changements périodiques dans la forme de l’orbite terrestre et l’orientation de son axe affectent la distribution de la lumière solaire que la Terre reçoit au fil des ans. Actuellement, les cycles dominants de Milankovitch changent tous les 400 000 ans, 100 000 ans, 41 000 ans et 21 000 ans. Ces variations exercent un grand contrôle sur notre climat sur de longues périodes. Alternance rythmique de couches de roches blanches, rougeâtres et/ou gris bleuté d’une épaisseur moyenne d’environ 10 cm (voir flèches). Ces changements, interprétés comme un signal du cycle de précession de la Terre, nous aident à calculer la distance entre la Terre et la Lune il y a 2,46 milliards d’années. (Frit Hilgen) Des exemples clés de l’influence de l’influence climatique de Milankovitch dans le passé sont l’occurrence de périodes de périodes extrêmement froides ou chaudes, ainsi que des conditions climatiques régionales plus humides ou plus sèches. Ces changements climatiques ont considérablement modifié les conditions à la surface de la Terre, y compris la taille des lacs. Ils expliquent le verdissement périodique du désert du Sahara et les faibles niveaux d’oxygène dans les profondeurs océaniques. Les cycles de Milankovitch ont également affecté la migration et l’évolution de la flore et de la faune, y compris notre propre espèce. Les signatures de ces changements peuvent être lues à travers les changements cycliques des roches sédimentaires.

Oscillations enregistrées

La distance entre la Terre et la Lune est directement liée à la fréquence de l’un des cycles de Milankovitch – le cycle de transition climatique. Ce cycle résulte du mouvement de précession (wobble), ou du changement d’orientation de l’axe de rotation de la Terre au cours du temps. Ce cycle a actuellement une durée d’environ 21 000 ans, mais cette période aurait été plus courte dans le passé lorsque la Lune était plus proche de la Terre. Cela signifie que si nous pouvons d’abord trouver les cycles de Milankovitch dans les sédiments anciens, puis trouver un signal de l’oscillation de la Terre et déterminer sa période, nous pouvons calculer la distance entre la Terre et la Lune au moment où les sédiments se sont déposés. Nos recherches précédentes ont montré que les cercles de Milankovitch peuvent être préservés dans une ancienne formation de fer rubanée en Afrique du Sud, soutenant la théorie de Trendall. Les formations de fer d’Australie se sont probablement déposées dans le même océan que les roches d’Afrique du Sud il y a environ 2,5 milliards d’années. Cependant, les variations cycliques des roches australiennes sont mieux exposées, ce qui nous permet d’étudier les variations à une résolution beaucoup plus élevée. Notre analyse de la formation australienne de fer vivant a montré que les roches contiennent de multiples échelles de variation cyclique qui se répètent à des intervalles d’environ 10 et 85 cm. En combinant ces épaisseurs avec la vitesse à laquelle les sédiments se sont déposés, nous avons constaté que ces fluctuations cycliques se produisaient environ tous les 11 000 ans et 100 000 ans. Par conséquent, notre analyse suggère que le cycle de 11 000 ans observé dans les roches est probablement lié au cycle de transition climatique, dont la période est beaucoup plus courte que les ~21 000 ans actuels. Nous avons ensuite utilisé ce signal de précession pour calculer la distance entre la Terre et la Lune il y a 2,46 milliards d’années. Nous avons découvert que la Lune était à environ 60 000 kilomètres plus près de la Terre il y a 2,46 milliards d’années. (Shutterstock) Nous avons constaté que la Lune était alors plus proche de la Terre d’environ 60 000 kilomètres (soit environ 1,5 fois la circonférence de la Terre). Cette distance a un effet important sur la vitesse de rotation de la Terre et donc sur la durée des jours. Par conséquent, la durée d’une journée était beaucoup plus courte qu’elle ne l’est aujourd’hui, avec des journées d’environ 17 heures au lieu des 24 heures actuelles.

Comprendre la dynamique du système solaire

La recherche astronomique a fourni des modèles pour la formation de notre système solaire et des observations des conditions actuelles. Notre étude et certaines recherches effectuées par d’autres représentent l’un des seuls moyens d’obtenir des données réelles sur l’évolution de notre système solaire et seront cruciales pour les futurs modèles du système Terre-Lune. Il est étonnant que la dynamique du système solaire dans le passé puisse être déterminée à partir de petites variations dans les roches sédimentaires anciennes. Cependant, bien que précieuses, ces informations sur la distance entre la planète Terre et la Lune à un moment précis du passé ne sont pas suffisantes pour bien comprendre l’évolution de ce système. Nous avons maintenant besoin de données plus fiables et de nouvelles approches de modélisation pour retracer l’évolution de la Lune dans le temps. Notre équipe de recherche a déjà commencé la chasse au prochain ensemble de roches qui pourrait nous aider à découvrir d’autres indices sur l’histoire du système solaire.