Une nouvelle étude de thermochronologie menée sur le craton de Chine du Nord avance que c’est la tectonique des supercontinents, et non la glaciation cryogénienne, qui a fait disparaître l’essentiel des roches manquantes sous la plus célèbre lacune temporelle de la Terre.
Une main sur la limite
Au mile 120 du Colorado, un étroit défilé nommé Blacktail Canyon débouche dans l’Inner Gorge du Grand Canyon. Les parois se resserrent jusqu’à ce qu’un contact fin comme un cheveu descende à hauteur de poitrine. Sous la ligne, le schiste sombre de Vishnu, à foliation verticale, vieux d’environ 1,75 milliard d’années, est parcouru de veines roses de granite de Zoroaster. Au-dessus, le grès beige, en bancs horizontaux, est celui de Tapeats, âgé d’environ 505 millions d’années. La ligne elle-même a la largeur d’un trait de crayon. Appuyez-y le bout du doigt, et la peau enjambe environ un quart de l’histoire de la Terre. C’est l’un des affleurements classiques de la zone type de la Grande Discordance, dans le Grand Canyon : la surface où John Wesley Powell décrivit pour la première fois, à l’été 1869, une lacune de plus d’un milliard d’années entre les roches sous ses pieds et celles au-dessus de sa tête.
À onze mille kilomètres de là, à l’extrémité sud des monts Lüliang, dans la province du Shanxi, une discordance sub-cambrienne équivalente apparaît sur un autre craton. Les notes de terrain consignent le site ainsi : Xiweikou, 35°43′42,33″ N, 110°43′11,85″ E. Ici, à l’intérieur du craton de Chine du Nord, un grès littoral vieux d’environ 520 millions d’années repose directement sur un socle granitique de 2 182 millions d’années (Zhan et al., 2026, PNAS, 123(9), e2523891123, DOI : 10.1073/pnas.2523891123). Les sacs d’échantillons de Xiweikou, ainsi que ceux de quatre autres sites répartis sur le craton, ont été traités à l’université du Nord-Ouest de Xi’an et à l’université de Padoue, dans le nord de l’Italie. Leurs zircons constituent la preuve centrale d’un article qui revient sur une question de longue date : qu’est-ce qui a retiré la roche qui aurait dû enregistrer le milliard d’années manquant de l’histoire de la Terre ?
Ce que Powell vit en 1869
Powell prit le départ de Green River, dans le Wyoming, le 24 mai 1869, avec dix hommes et quatre bateaux en bois. Il avait perdu son bras droit sous le coude à Shiloh sept ans plus tôt, et il ne disposait d’aucune carte détaillée des canyons en aval. En août, l’expédition avait progressé péniblement jusque dans ce que Powell nomma Marble Canyon, puis dans la Granite Gorge de l’est du Grand Canyon. Là où le fleuve entaille schistes et granites, le géologue vit ce qu’il ne pouvait pas encore dater mais qu’il pouvait lire sans équivoque : un grès horizontal, fossilifère, reposant sur un socle basculé, contorsionné et folié. Dans son rapport de 1875, Exploration of the Colorado River of the West and Its Tributaries, Powell dessina une coupe stratigraphique où deux surfaces d’érosion sont repérées par les lettres « x » et « y » (Powell, 1875). Sept ans plus tard, Clarence Dutton donna à la surface inférieure le nom de Grande Discordance dans son Tertiary History of the Grand Cañon District (1882).
Powell interprétait cette surface comme la trace de chaînes de montagnes soulevées puis arasées avant que la moindre mer cambrienne ne les recouvre (McKee, paraphrasé dans Karlstrom et Timmons, 2012). La datation radiométrique n’existait pas encore. Powell voyait bien qu’il manquait du temps, mais n’avait aucun moyen de le quantifier. Des mesures modernes ont depuis calé le grès de Tapeats à environ 505 Ma et les roches du socle de Vishnu sous-jacentes à environ 1,75 Ga, soit environ 1,2 milliard d’années d’archives manquantes au contact de Blacktail (NPS, « Missing Time at Grand Canyon »). Là où le grès de Tapeats repose sur un socle plus ancien encore, ailleurs le long du canyon, le chiffre monte à environ 1,6 milliard d’années.
Douze ans avant l’expédition de Powell, John Strong Newberry avait déjà remarqué une lacune semblable le long du cours inférieur du Colorado lors de l’expédition Ives de 1857–1858, mais la guerre de Sécession interrompit la publication, et c’est le récit de Powell qui devint célèbre. Alka Tripathy-Lang a retracé cette filiation dans une rétrospective d’Eos parue en 2022.
Une lacune semblable sur de nombreux cratons
Des discordances sub-cambriennes semblables apparaissent sur de nombreux cratons continentaux, surtout là où des grès cambriens, ou proches du Cambrien, reposent directement sur un socle cristallin beaucoup plus ancien. Sur le craton laurentien, l’ancien noyau de l’Amérique du Nord, la surface s’étend du Grand Canyon jusqu’au Front Range du Colorado, où le granite de Pikes Peak, vieux de 1,08 Ga, rencontre le grès cambrien de Sawatch au pied de Manitou Springs (Flowers, Macdonald, Siddoway et Havranek, 2020, PNAS, 117(19), 10172–10180, DOI : 10.1073/pnas.1913131117). Sur le plateau des Ozarks, dans le Missouri, des rhyolites précambriennes des monts St. Francois reposent sous des sédiments cambriens, avec environ un milliard d’années de temps manquant entre les deux (Joel, 2018, Eos, « Erasing a Billion Years of Geologic Time Across the Globe »). Autour de la rive occidentale du lac Supérieur, le système de rift du Midcontinent, structuralement inversé, est coiffé par cette surface ; la thermochronologie y indique que le socle a connu, sous elle, près d’un milliard d’années de stabilité tranquille (Hodgin et al., rapporté dans Eos, « Structural Inversion of an Intracratonic Rift System in Deep Time »). L’affleurement de Shoshone Canyon, dans le Wyoming, juxtapose des roches cristallines archéennes du craton du Wyoming, d’environ 2,65–2,80 Ga, et le grès cambrien de Flathead, vieux de 520 Ma, soit une lacune de plus de deux milliards d’années.
En dehors de Laurentia, la surface persiste. Sur Baltica, le bloc cratonique situé sous la Scandinavie et la plateforme est-européenne, un socle de la fin du Précambrien repose sous une couverture cambrienne, avec des centaines de millions d’années manquantes. Sur Amazonia, le bouclier brésilien présente la même lacune. La synthèse de 2024 de l’équipe Karlstrom-Thurston dans le GSA Bulletin (Thurston, Guenthner, Karlstrom, Heizler, Ricketts et McDannell, 2024, GSA Bulletin, 136(11–12), 4815–4835, DOI : 10.1130/B37358.1) recense des motifs thermochronologiques comparables sur le Bouclier canadien, le craton du Wyoming et le plateau du Colorado. Et à l’extrémité sud des monts Lüliang, sur le craton de Chine du Nord, le site de Xiweikou étudié par Zhan et al. (2026) montre le même contact : un grès d’environ 520 Ma sur un socle granitique d’environ 2,18 Ga, tandis que les sites de la marge du craton, à Subaigou et à Luotuoshan, présentent des lacunes plus courtes, qui s’allongent en direction de l’intérieur du craton.
Bien que ce motif se retrouve sur tous les continents, l’âge du contact varie considérablement d’un site à l’autre. À Frenchman Mountain, à l’est de Las Vegas, les strates sont inclinées d’environ 50° et le contact du grès de Tapeats sur le schiste de Vishnu est accessible après une courte marche depuis Lake Mead Boulevard (Rowland, UNLV ; Las Vegas Sun, juillet 2024). Dans la péninsule indienne, la discordance éparchéenne de Tirumala sépare le socle archéen des strates sus-jacentes de Cuddapah. Chaque site conserve sa propre horloge, et savoir si toutes ces horloges indiquent la même heure est devenu la question centrale.
L’hypothèse de la Terre boule de neige
Dans les années 2010, deux grandes hypothèses s’étaient dégagées pour expliquer ce qui avait enlevé des kilomètres de croûte, à peu près au même point du registre géologique, sur autant de continents. La première, l’hypothèse glaciaire, a reçu sa forme moderne de C. Brenhin Keller et de ses collègues dans PNAS (Keller, Husson, Mitchell, Bottke, Gernon, Boehnke, Bell, Swanson-Hysell et Peters, 2019, PNAS, 116(4), 1136–1145, DOI : 10.1073/pnas.1804350116). Partant du volume mondial de roches sédimentaires conservées, qui bondit d’un facteur supérieur à cinq de part et d’autre de la limite entre Phanérozoïque et Protérozoïque, ainsi que des excursions isotopiques de l’oxygène et du hafnium dans les zircons détritiques et magmatiques, l’équipe a soutenu qu’un événement d’érosion colossal, géographiquement très étendu, avait coïncidé avec les glaciations cryogéniennes. Elle a estimé à 3–5 kilomètres verticaux la dénudation continentale moyenne à l’échelle du globe, répartie par des calottes glaciaires successives qui avaient raboté tout ce qui dépassait du niveau de la mer pendant les intervalles de Terre boule de neige.
Les calottes glaciaires continentales, lorsqu’elles sont épaisses et à base tempérée, rabotent aussi bien l’intérieur des cratons que leurs marges. La convection du manteau et la tectonique, à l’inverse, entraînent un soulèvement surtout aux limites de plaques. Un épisode d’érosion qui s’enfoncerait profondément dans tous les continents de façon plus ou moins synchrone désignerait la glace, non la tectonique. Le Cryogénien proposait deux épisodes de Terre boule de neige candidats, d’une ampleur adéquate. La glaciation cryogénienne est désormais circonscrite par la géochronologie Re-Os à deux longs événements synchrones : le Sturtien, de 717 à 660 Ma, et le Marinoen, qui a débuté quelque temps après 651 Ma et s’est achevé à 635 Ma (Rooney, Strauss, Brandon et Macdonald, 2015, Geology, 43, 459–462, DOI : 10.1130/G36511.1).
Le modèle de Keller reliait aussi l’épisode d’érosion à l’évolution précoce des animaux. Si les glaciers avaient dépouillé les continents de leurs roches altérables et déversé les sédiments dans des mers peu profondes, le flux de nutriments qui en aurait résulté aurait pu fertiliser les premiers écosystèmes animaux. L’explosion cambrienne, l’apparition rapide de presque tous les grands embranchements animaux à partir d’environ 539 Ma, serait alors venue après la Terre boule de neige comme une sorte de réplique géochimique. Shanan Peters et Robert Gaines avaient défendu ce lien dans Nature en 2012 ; Keller et ses collègues lui ont donné un fondement isotopique à l’échelle du globe.
L’hypothèse tectonique
L’hypothèse concurrente est née d’un affleurement du Colorado, près de la ville de montagne de Manitou Springs. Là, Rebecca Flowers, de l’université du Colorado à Boulder, et ses collaborateurs ont échantillonné le contact entre le granite de Pikes Peak, vieux de 1,08 Ga, et le grès cambrien de Sawatch qui le surmonte. Ils en ont extrait des grains de zircon et les ont soumis à la thermochronologie (U-Th)/He sur zircon, une méthode sensible à l’histoire thermique d’une roche lorsqu’elle se refroidit en franchissant les 200 °C environ, la température à partir de laquelle un minéral commence à retenir l’hélium produit par la désintégration radioactive de l’uranium et du thorium.
Les données de Pikes Peak ne cadraient pas avec le modèle de la boule de neige. L’essentiel du refroidissement, et donc l’essentiel de l’érosion à l’échelle du kilomètre, avait déjà eu lieu avant le Cryogénien (Flowers, Macdonald, Siddoway et Havranek, 2020). À Pikes Peak, on estime que 3–5 km de croûte ont été enlevés avant 717 Ma, ne laissant que peu de chose à retirer aux glaciers de la boule de neige. Une corroboration géologique est venue des injectites de Tavakaiv, des corps de sable injectés de force dans le granite pendant le Sturtien, qui n’ont pu se former que si du sable équivalent à celui du Cambrien se trouvait déjà en surface, ce qui signifie que le socle avait déjà été exhumé (Flowers et al., 2020). L’équipe en a conclu qu’il existait « de multiples Grandes Discordances, diachrones à l’échelle régionale », et qu’elles étaient d’origine tectonique.
Un an plus tard, Barra Peak, qui travaillait dans le même laboratoire de thermochronologie de Boulder, a appliqué la méthode au Grand Canyon lui-même (Peak, Flowers, Macdonald et Cottle, 2021, Geology, 49(12), 1462–1466, DOI : 10.1130/G49116.1). Peak et ses collègues ont échantillonné le socle cristallin au-dessus et au-dessous du transect est–ouest du Grand Canyon et obtenu des âges (U-Th)/He sur zircon aussi anciens que 809 ± 25 Ma. Les âges variaient d’une faille à l’autre à des échelles de plusieurs dizaines de kilomètres, ce que seul peut expliquer un jeu de failles normales synsédimentaires au Mésoprotérozoïque et au Néoprotérozoïque, exactement le type d’activité tectonique polyphasée attendu pendant l’assemblage et la dislocation de Rodinia. Olivia Thurston et ses collègues, travaillant avec Karl Karlstrom, de l’université du Nouveau-Mexique, et William Guenthner, de l’université de l’Illinois, ont étendu le jeu de données en 2024 avec des mesures combinées (U-Th)/He sur zircon et 40Ar/39Ar sur feldspath potassique, retrouvant là encore un refroidissement profond, en plusieurs étapes, bien avant 717 Ma (Thurston et al., 2024).
L’article publié en 2026 par Zhan et ses collègues soumet l’argument tectonique à l’épreuve sur un continent situé hors de Laurentia.
Ce que mesure réellement la thermochronologie
La thermochronologie repose sur un seul fait physique : l’hélium s’échappe du zircon à une vitesse qui dépend très fortement de la température. Les cristaux de zircon, ZrSiO₄, incorporent des traces d’uranium et de thorium lorsqu’ils cristallisent à partir d’un magma. Ces isotopes se désintègrent selon de longues chaînes, produisant des particules alpha qui se thermalisent en atomes de ⁴He piégés dans le réseau cristallin. Au-dessus d’environ 200 °C, l’hélium diffuse hors du zircon assez vite pour que tout l’hélium accumulé s’échappe. En dessous de 140–180 °C environ, selon les dégâts d’irradiation accumulés dans le zircon, l’hélium commence à être retenu. La transition entre ces deux états est la « zone de rétention partielle ».
La datation (U-Th)/He sur zircon mesure le rapport actuel entre l’hélium et l’uranium et le thorium dont il est issu, ce qui donne l’âge auquel le grain, en se refroidissant, a franchi ce seuil de rétention. Comme les grains de zircon d’un échantillon de socle peuvent porter des quantités différentes de dégâts d’irradiation, et comme ces dégâts modifient le comportement de la diffusion, une seule roche peut fournir un spectre d’âges qui, modélisés ensemble, reconstituent une trajectoire temps-température remontant à plus d’un milliard d’années (Guenthner, Reiners, Ketcham et d’autres ont mis au point le cadre de diffusion tenant compte des dégâts d’irradiation). Combinées à la thermochronologie 40Ar/39Ar sur feldspath potassique, sensible à une fenêtre de températures plus élevées, de 150–350 °C, les deux méthodes contraignent ensemble le trajet d’une roche, depuis des profondeurs de plusieurs dizaines de kilomètres jusqu’à la surface. L’exhumation du socle, la remontée de la roche cristalline vers la surface à mesure que les matériaux sus-jacents sont arasés, est inscrite dans ces courbes de refroidissement.
Convertir une température en profondeur suppose d’adopter un gradient géothermique. La plupart des études retiennent 20–30 °C par kilomètre, la valeur actuelle pour une croûte continentale stable. Zhan et al. (2026) signalent explicitement cette hypothèse dans leur discussion des incertitudes : un autre gradient modifie l’estimation de la profondeur, mais pas la chronologie du refroidissement. La chronologie, c’est-à-dire la forme de la courbe, l’endroit où elle plonge et celui où elle s’aplatit, permet à la méthode de distinguer un événement cryogénien rapide d’un événement protérozoïque prolongé.
Le résultat de 2026 dans PNAS
Rong-Ruo Zhan et onze coauteurs, une équipe de l’université du Nord-Ouest de Xi’an, de l’université de Padoue, de l’Académie chinoise des sciences et du Lamont-Doherty Earth Observatory de l’université Columbia, ont publié leurs résultats dans PNAS le 23 février 2026 (Zhan, Duan, Zattin, Christie-Blick, Wan, Wei, Yang, Wang, Gou, Olivetti, Chen et Zhang, 2026, PNAS, 123(9), e2523891123, DOI : 10.1073/pnas.2523891123). L’article associe des observations de terrain sur cinq sites du nord de la Chine à une batterie de méthodes de datation : U-Pb sur zircon et monazite, Rb-Sr sur biotite et muscovite, et thermochronologie (U-Th)/He sur zircon. Trois sites, Qingshuihe, E’hutan et Xiweikou, se trouvent à l’intérieur du craton. Deux autres, Subaigou et Luotuoshan, se situent sur sa marge.
Les sites de l’intérieur du craton, dont Xiweikou avec son socle granitique de 2 182 millions d’années sous un grès vieux de 520 millions d’années, enregistrent des histoires de refroidissement qui ne ressemblent en rien à une impulsion cryogénienne. Les roches du socle se sont refroidies le plus rapidement il y a entre 2,1 et 1,6 milliard d’années environ. Sur cet intervalle, leur température a chuté d’au moins 370 °C, ce qui, selon les hypothèses géothermiques usuelles, correspond à environ 12 kilomètres de dénudation. Après 1,6 Ga, le refroidissement s’est poursuivi à un rythme plus lent, cumulant encore 9–13 kilomètres d’érosion avant que les grès équivalents du Tapeats cambrien ne se déposent, vers 520 Ma. Liang Duan, coauteur à l’université du Nord-Ouest, a déclaré au service d’information de la Columbia Climate School que « les roches du socle de l’intérieur cratonique de la Chine du Nord se sont formées à une profondeur d’environ 25 kilomètres. Pour les exhumer complètement jusqu’à la surface, il faut à peu près cette quantité d’érosion. » Environ 60 % du total s’est produit avant 1,6 Ga ; environ 75 % avant 1,35 Ga (Fowler, 2026, communiqué de presse de la Columbia Climate School / Lamont-Doherty Earth Observatory, 11 mars 2026).
On n’observe aucune impulsion de refroidissement distincte dans la fenêtre de 717–635 Ma, pendant laquelle les glaciers du Sturtien et du Marinoen étaient actifs. Les âges de refroidissement des zircons d’un échantillon de l’intérieur du craton s’étalent de 620 à 544 Ma, ce qui signifie que ces roches se trouvaient déjà à de faibles profondeurs crustales à l’époque cryogénienne. Les âges les plus jeunes recoupent une période glaciaire de la fin du Précambrien enregistrée en Chine du Nord ; la glaciation a donc pu contribuer localement, mais son ampleur est faible. « Si la glaciation avait été le moteur dominant, on s’attendrait à observer une nette impulsion d’érosion à l’époque des glaciations cryogéniennes », a déclaré Nicholas Christie-Blick, le coauteur de Lamont, à la Columbia Climate School. « Nous ne voyons pas ce schéma dans les données de Chine du Nord. »
La chronologie que l’équipe met effectivement en évidence coïncide avec l’assemblage du supercontinent Columbia (aussi appelé Nuna), le premier véritable supercontinent de la planète, formé entre environ 2,1 et 1,6 Ga au fil d’une série d’orogenèses sur plusieurs continents. Zhan et ses collègues comparent leurs histoires de refroidissement de Chine du Nord aux données thermochronologiques publiées pour Laurentia, Baltica et Amazonia. Les intérieurs cratoniques des quatre montrent le même signal de premier ordre : l’essentiel de l’érosion à l’échelle du kilomètre sous la Grande Discordance s’est produit pendant l’assemblage de Columbia ou peu après, avec une longue et lente queue d’exhumation courant tout au long du Mésoprotérozoïque et du Néoprotérozoïque.
Dans les intérieurs cratoniques où le registre géologique peut être lu, la glaciation de la Terre boule de neige a retiré bien moins de croûte que la tectonique. Le signal dominant correspond à Columbia, et non à Rodinia ni au Cryogénien. Le chiffre d’exhumation de 12–13 km pour la Chine du Nord est le résultat phare de l’équipe. Les auteurs soulignent qu’il dépend d’hypothèses sur le gradient géothermique et de l’extrapolation de mesures ponctuelles à l’échelle d’un craton.
Le lien avec l’explosion cambrienne
Depuis plus de dix ans, la Grande Discordance, la Terre boule de neige et l’explosion cambrienne sont reliées en une seule chaîne causale. La version énoncée le plus directement par Peters et Gaines (2012, Nature, 484, 363–366) et développée par Keller et al. (2019) se déroulait ainsi : des glaciers cryogéniens ont raboté des kilomètres de roche continentale ; les sédiments qui en ont résulté, riches en calcium, en phosphore et en d’autres nutriments, se sont déversés dans des mers peu profondes ; la chimie des océans a changé ; les métazoaires se sont diversifiés rapidement ; l’explosion cambrienne a commencé vers 539 Ma.
Si l’essentiel de l’érosion a eu lieu pendant l’assemblage de Columbia, plus d’un milliard d’années avant l’explosion, la chaîne se rompt sur la chronologie. Les 60 % d’érosion que Zhan et al. (2026) situent avant 1,6 Ga ne peuvent pas avoir inondé de nutriments un océan cambrien. Les 25–40 % restants, répartis entre 1,35 Ga et 520 Ma, englobent la dislocation de Rodinia, le Cryogénien et la transgression cambrienne elle-même, et sont plus difficiles à rattacher à un unique mécanisme d’impulsion de nutriments. Zhan et ses collègues admettent une cause géologique derrière l’explosion cambrienne, mais pas l’épisode d’érosion cryogénien des modèles antérieurs.
La transgression cambrienne, l’ennoiement progressif des intérieurs cratoniques par des mers peu profondes à partir d’environ 540 Ma, s’est produite sur cette même surface et sur les mêmes continents. Cet ennoiement pourrait à lui seul redistribuer de la croûte altérée vers les bassins océaniques. Le rifting de la fin du Néoprotérozoïque le long des marges de Rodinia a lui aussi produit sa propre érosion. Et dans l’ouest du Grand Canyon comme en d’autres endroits, la phase de refroidissement la plus récente des données se situe bien dans l’intervalle allant du Cryogénien à l’Édiacarien, ce qui suggère une certaine contribution glaciaire ou post-glaciaire. Zhan et ses collègues répartissent la cause sur plus d’un milliard d’années. Le contributeur le plus important, pris isolément, est l’assemblage de Columbia.
Questions ouvertes
L’étude de 2026 recadre le débat sans le clore. La littérature publiée montre des désaccords bien réels sur plusieurs fronts.
La discordance forme-t-elle une seule structure ou plusieurs ?
Rebecca Flowers a soutenu en 2020 que « nous devrons peut-être changer de langage » et parler de plusieurs Grandes Discordances, chacune avec son propre âge et sa propre cause. Zhan et al. (2026) penchent pour une image diachrone semblable, l’intérieur de la Chine du Nord ayant été façonné surtout par la tectonique de l’époque de Columbia, et ses marges plus tard. D’autres géologues, dont Karl Karlstrom, de l’université du Nouveau-Mexique, soulignent depuis longtemps que « de nombreuses discordances font une seule Grande Discordance », c’est-à-dire que la surface observée dans le Grand Canyon est un composite d’au moins trois surfaces d’érosion empilées en un seul contact visible (Karlstrom et Timmons, 2012, GSA Special Paper 489). La question sémantique, terme au singulier, au pluriel ou composite, influe sur la façon dont la science est communiquée aux non-spécialistes.
L’érosion glaciaire a-t-elle joué un rôle significatif quelque part ?
McDannell, Keller et leurs collègues ont répondu à Flowers et al. (2020) dans PNAS (McDannell, Keller, Guenthner, Zeitler et Shuster, 2022, PNAS, 119, e2118682119, DOI : 10.1073/pnas.2118682119) avec des données thermochronologiques issues du centre du Bouclier canadien, interprétées comme montrant des kilomètres de refroidissement d’âge cryogénien. Leur lecture : la boule de neige a accompli un véritable travail géomorphologique dans certains intérieurs cratoniques, sinon partout. L’étude de Sturrock et al. (2021), consacrée à la même région et parue dans Geochemistry, Geophysics, Geosystems, est parvenue à une conclusion apparentée mais distincte : la discordance du centre du Bouclier canadien se serait formée après environ 650 Ma, peut-être en lien avec un soulèvement dû à un panache mantellique. Le débat sur le Bouclier canadien n’oppose plus glaciation et tectonique ; il porte sur le mécanisme du Néoprotérozoïque tardif qui a dominé.
Dans quelle mesure l’intérieur du craton est-il représentatif ?
Zhan et al. (2026) ont échantillonné cinq sites. L’intérieur du craton de Chine du Nord est tectoniquement stable depuis au moins 1,6 milliard d’années, ce qui rend le signal plus net que sur un bloc davantage remanié. L’équipe compare explicitement ses résultats à Laurentia, Baltica et Amazonia et retrouve dans les quatre le même signal antérieur à 1,6 Ga. Reste à tester, avec une densité d’échantillonnage comparable ailleurs, si ce signal se prolonge dans des marges cratoniques plus déformées, et si toutes les marges enregistrent une empreinte plus récente, peut-être glaciaire.
Quel est le bon gradient géothermique pour le passé lointain ?
L’estimation d’une exhumation de 12–13 km dépend du gradient retenu. Le manteau terrestre était plus chaud au Paléoprotérozoïque, et les gradients dans une croûte continentale stable ont pu différer des valeurs actuelles. Les auteurs de l’article reconnaissent qu’il s’agit d’une hypothèse courante mais non triviale. Une variation de 10 % du gradient supposé décale l’estimation de profondeur d’environ 10 % ; elle ne décale pas la chronologie du refroidissement, qui est le résultat le plus robuste.
De retour à Blacktail
De retour à Blacktail Canyon, le contact ressemble toujours à un trait de crayon. Le schiste situé en dessous s’est formé lors de l’assemblage du supercontinent Columbia, à une époque où la vie sur Terre était presque entièrement microbienne et où l’oxygène atmosphérique montait encore vers ses niveaux actuels. Le grès situé au-dessus s’est formé dans une mer cambrienne grouillant de trilobites, de brachiopodes et des premiers ancêtres de presque tous les embranchements animaux actuels. D’après les chiffres de Zhan et al., environ 60 % de la croûte dénudée sous la discordance en Chine du Nord avait été retirée avant 1,6 Ga, et environ 75 % avant 1,35 Ga. Lorsque les glaciers du Cryogénien sont arrivés, le socle était déjà proche de la surface. Les glaciers de la boule de neige, quand ils sont venus, étaient loin d’avoir autant de roche à travailler que le supposaient les modèles plus anciens.
Le communiqué de Lamont-Doherty l’a dit sans détour : les données de Chine du Nord « étayent une explication tectonique pour l’essentiel de la roche enlevée à la Grande Discordance ». La phase suivante ressemblera beaucoup aux quinze dernières années : davantage de zircons issus de davantage de sites, pour répondre à des questions plus précises. Les questions ouvertes : où les glaciers de la boule de neige sont parvenus et où ils ne sont pas parvenus, si le signal de Columbia se retrouve dans les cratons plus anciens du Gondwana, et si l’explosion cambrienne a suivi la discordance par causalité ou seulement chronologiquement.
Zhan et ses collègues ont désormais lu la roche de Xiweikou dans le même esprit que des générations de géologues ont lu Blacktail Canyon. Le contact marque toujours un temps manquant. Mais en Chine du Nord, l’essentiel de cette roche manquante avait déjà disparu bien avant la Terre boule de neige. La Grande Discordance reste peut-être l’une des lignes les plus célèbres de la géologie, mais elle ressemble moins à un unique raclage à l’échelle du globe et davantage à un long registre inégal de continents qui se construisent, se soulèvent, se font décaper et finissent noyés par les mers cambriennes.
Grande Discordance : chiffres clés
| Élément | Valeur | Source |
|---|---|---|
| Durée de la lacune (variable selon les sites) | ~250 millions d’années à ~1,6 milliard d’années | NPS 2024 ; Karlstrom & Timmons 2012 |
| Grand Canyon : âge du grès de Tapeats | ~505 Ma (Cambrien) | NPS, « Missing Time at Grand Canyon » |
| Grand Canyon : âge du schiste de Vishnu | ~1,75 Ga (Paléoprotérozoïque) | NPS ; Karlstrom et al. 2024 GSA Bulletin |
| Âge du socle de l’intérieur cratonique de Chine du Nord (Xiweikou) | 2 182 Ma | Zhan et al. 2026, PNAS 123(9) |
| Âge du grès littoral sus-jacent en Chine du Nord | ~520 Ma | Zhan et al. 2026 |
| Âge du granite de Pikes Peak | 1,07–1,08 Ga | Smith et al. 1999 ; USGS |
| Exhumation totale estimée, intérieur de la Chine du Nord | ~21–25 km au total ; ~12 km avant 1,6 Ga ; +9–13 km après | Zhan et al. 2026 |
| Exhumation totale estimée, Pikes Peak | ~3–5 km, pour l’essentiel avant 717 Ma | Flowers et al. 2020, PNAS 117(19) |
| Part de l’érosion achevée avant 1,6 Ga (Chine du Nord) | ~60 % | Zhan et al. 2026 ; Lamont-Doherty 2026 |
| Part achevée avant 1,35 Ga | ~75 % | Zhan et al. 2026 |
| Glaciation sturtienne | 717–660 Ma | Rooney et al. 2015, Geology 43 |
| Glaciation marinoenne | ~650–635 Ma (durée de 4 à 16 millions d’années) | Rooney et al. 2015 ; Hoffmann et al. 2004 |
| Début de l’explosion cambrienne | ~539 Ma | Commission internationale de stratigraphie |
| Première description scientifique | John Wesley Powell, 1869 (expédition sur le Colorado) ; nommée par Clarence Dutton, 1882 | Powell 1875 ; Dutton 1882 |
Questions fréquentes
Qu’est-ce que la Grande Discordance ?
La Grande Discordance est une surface d’érosion reconnue à l’échelle du globe, où des roches sédimentaires jeunes, le plus souvent d’âge cambrien, reposent directement sur un socle cristallin beaucoup plus ancien. Dans sa localité type du Grand Canyon, le grès de Tapeats, vieux d’environ 505 millions d’années, recouvre le schiste de Vishnu, vieux d’environ 1,75 milliard d’années, sans aucune trace du temps intermédiaire. Le contact représente des kilomètres de croûte enlevés et de centaines de millions à plus d’un milliard d’années d’histoire de la Terre non enregistrée. La surface a été décrite pour la première fois par John Wesley Powell en 1869 et nommée par Clarence Dutton en 1882 (Karlstrom et Timmons, 2012).
Combien de temps manque-t-il à la Grande Discordance ?
La lacune varie selon le lieu. Dans le Grand Canyon, à Blacktail Canyon, environ 1,2 milliard d’années de registre géologique sont absentes entre les roches du socle de Vishnu et le grès de Tapeats sus-jacent. À Xiweikou, en Chine du Nord, la lacune dépasse 1,6 milliard d’années, avec un grès de 520 Ma reposant sur un socle granitique de 2 182 Ma (Zhan et al., 2026). Dans le Shoshone Canyon, au Wyoming, où le grès cambrien de Flathead recouvre le craton archéen du Wyoming, la lacune peut dépasser deux milliards d’années. La fourchette généralement citée par les géologues va de 250 millions à 1,6 milliard d’années.
Où pouvez-vous voir la Grande Discordance ?
L’affleurement classique se trouve dans l’Inner Gorge du Grand Canyon, accessible au niveau du fleuve dans Blacktail Canyon et visible depuis les points de vue du bord du canyon. Parmi les autres affleurements faciles à visiter figurent Frenchman Mountain, à l’est de Las Vegas (où le contact est incliné d’environ 50° et accessible depuis Lake Mead Boulevard), la base de Pikes Peak, près de Manitou Springs, dans le Colorado, le Shoshone Canyon, à l’ouest de Cody, dans le Wyoming, les monts St. Francois, dans le Missouri, et la coupe de Xiweikou, à l’extrémité sud des monts Lüliang, dans la province du Shanxi, en Chine.
Qu’est-ce qui a causé la Grande Discordance : la Terre boule de neige ou la tectonique des plaques ?
Les deux hypothèses sont étayées par des travaux évalués par les pairs. Keller et al. (2019, PNAS) ont soutenu que les glaciations cryogéniennes de la Terre boule de neige avaient enlevé 3–5 km de croûte à l’échelle du globe entre 717 et 635 Ma. Flowers et al. (2020, PNAS), Peak et al. (2021, Geology) et Zhan et al. (2026, PNAS) ont utilisé la thermochronologie (U-Th)/He sur zircon pour montrer que l’essentiel de l’érosion à Pikes Peak, dans le Grand Canyon et sur le craton de Chine du Nord s’était produit bien avant le Cryogénien, sous l’effet d’une tectonique liée aux supercontinents Columbia (Nuna) et Rodinia. L’étude de 2026 conclut qu’environ 60 % de l’érosion en Chine du Nord est antérieure à 1,6 Ga.
La Grande Discordance est-elle liée à l’explosion cambrienne ?
Le lien proposé, avancé par Peters et Gaines (2012, Nature) et par Keller et al. (2019, PNAS), voulait que l’érosion glaciaire ait fertilisé les océans du Cambrien avec des nutriments issus de l’altération, contribuant ainsi à déclencher la diversification animale vers 539 Ma. Les résultats récents de thermochronologie en Chine du Nord (Zhan et al., 2026) compliquent ce récit en situant l’essentiel de l’érosion au Paléoprotérozoïque, plus d’un milliard d’années avant l’explosion. Un lien résiduel, par la transgression cambrienne et le rifting associé à Rodinia, reste plausible, mais le récit simple de la « Terre boule de neige qui a fertilisé le Cambrien » s’est affaibli.
Qui a découvert la Grande Discordance ?
John Wesley Powell a décrit la surface pour la première fois lors de son expédition d’exploration du fleuve Colorado de 1869, première traversée scientifique du Grand Canyon. Il a publié cette description dans son rapport de 1875, Exploration of the Colorado River of the West and Its Tributaries. Le nom « Grande Discordance » a été forgé par Clarence Dutton en 1882 dans son Tertiary History of the Grand Cañon District. John Strong Newberry avait observé plus tôt des relations semblables lors de l’expédition Ives de 1857–1858, au Nouveau-Mexique, mais la guerre de Sécession a retardé une large publication.
Comment les géologues savent-ils quelle quantité de roche manque ?
Les géologues combinent la datation radiométrique des roches situées au-dessus et en dessous du contact avec la thermochronologie, qui enregistre l’histoire thermique de la roche inférieure à mesure qu’elle se refroidissait en remontant vers la surface. La datation (U-Th)/He sur zircon suit le refroidissement dans une plage d’environ 140–200 °C, et la datation 40Ar/39Ar sur feldspath potassique le suit dans une plage de 150–350 °C. Ensemble, elles fournissent des trajectoires temps-température qui, combinées à des gradients géothermiques supposés de 20–30 °C par kilomètre, traduisent le refroidissement en profondeur dénudée. L’étude de Zhan et al. (2026) sur la Chine du Nord a utilisé les deux méthodes, ainsi que les datations U-Pb sur zircon et monazite et Rb-Sr sur micas, pour en tirer un chiffre d’exhumation d’environ 12 km avant 1,6 Ga.
