3.2 Formation d’une Double Planète Terre–Lune

La Terre et la Lune forment en fait un double système planétaire. Leur influence mutuelle n’est pas grande maintenant mais tout à fait perceptible. Cependant, aux premiers stades de l’évolution de ce système, il était exceptionnellement fort. Cela a entraîné des conséquences catastrophiques et des changements radicaux dans le processus d’évolution des deux planètes.

C’est pourquoi nous examinons ensemble les origines de la Terre et de la Lune. Il faut dire ici pour justifier l’attention accrue portée à la Lune dans cette monographie consacrée à l’évolution de la Terre et à sa géodynamique que la Lune, en tant que satellite de notre planète, a servi de mécanisme de déclenchement qui a déclenché et activé substantiellement l’évolution tectonique de la Terre en Archéen. D’ailleurs, la Lune a fait tourner notre planète. Comme on le sait, l’origine du champ magnétique est associée à la rotation. En plus de cela, l’orbite de capture lunaire définissait l’inclinaison initiale de l’axe de révolution de la Terre, et c’était la cause de tout son zonage climatique initial. De plus, on peut maintenant affirmer avec certitude que la Lune, en accélérant l’évolution de la Terre, a prédéterminé l’émergence à sa surface d’une vie hautement organisée.

Ce sont, bien sûr, des problèmes purement terrestres qu’il est impossible de démêler sans développer une théorie d’évolution adéquate de la planète double Terre–Lune et de la Lune proprement dite.

Par opposition à la section précédente, nous ne décrivons pas ici les concepts conventionnels de la formation du système Terre–Lune mais un nouveau modèle développé par les auteurs (Sorokhtin, 1988) de l’origine due à la destruction par marée à la limite rocheuse d’une planète plus massive, Proto-Luna. Le modèle a été décrit dans des publications avec Ouchakov (Sorokhtin et Ouchakov, 1989a, b, 2002).

Il semble expliquer mieux que d’autres modèles l’ensemble des connaissances modernes sur la composition, la structure et l’évolution géologique de la Terre et de notre satellite. Il explique également l’origine de la révolution axiale terrestre et la distribution existante des moments cinétiques entre la Terre et la Lune.

Selon nous, une difficulté majeure pour la construction d’une théorie adéquate de l’origine de la Lune est son appauvrissement drastique en éléments fer, sidérophiles et chalcophyliques. À en juger par la densité moyenne de la Lune (pL = 3,34 g / cm3), elle ne contient pas plus de 5% de la phase fer–nickel (Ringwood 1975a, b, 1979), ou en tenant compte de la concentration moyenne de FeO dans le manteau lunaire, seulement 13-14% de la fraction lourde. La teneur en composés de fer dans la matière non différenciée des chondrites carbonées est beaucoup plus faible que la teneur moyenne en composés de fer (22%) et en particulier dans la matière terrestre (près de 37%).

En tenant compte de ces différences, des hypothèses d’origine lunaire ont été proposées dans d’autres régions du Système solaire appauvries en composés du fer avec capture ultérieure par le champ de gravité terrestre (Alfven, 1954, 1963; Urey, 1972).

Les hypothèses de ce groupe présentent deux inconvénients.

Premièrement, la probabilité de capture par gravité depuis une orbite lointaine d’un grand corps cosmique comme la Lune est extrêmement faible (pratiquement nulle). Deuxièmement, il est impossible d’expliquer pourquoi la matière lunaire est si déficiente en fer alors que sa teneur en chondrites carbonées les plus primitives est environ deux fois plus grande. De plus, les chondrites carbonées sont riches en éléments volatils et très mobiles, alors que la Lune y est considérablement appauvrie.

Une difficulté à expliquer la capture par la Terre d’un gros satellite d’une zone éloignée du Système solaire a entraîné la formation d’un autre groupe d’hypothèses. Maintenant, la Lune a émergé dans la zone de formation de la Terre et a formé avec elle un système de planètes doubles.

La plus développée de ces hypothèses est celle de Ruskol (1960-1975). Une hypothèse similaire a été suggérée par Harris et Kaula (1975). Il propose l’accrétion conjointe de la Terre et de la Lune qui a commencé à l’époque où la Terre n’avait que 0,1 de sa masse actuelle. Selon ces hypothèses, la Lune se formait pendant une grande partie de sa croissance à une distance d’environ 10 rayons terrestres.

Ces hypothèses postulent l’émergence de nos planètes à partir d’un seul réservoir de matière protoplanétaire. Mais ils étaient également incapables d’expliquer la carence sur la Lune en fer et en éléments sidérophiles ainsi qu’un degré élevé de différenciation de la matière lunaire et des valeurs « tornadiques » des rapports du plomb radiogène au 204Pb primaire. En outre, ces modèles étaient basés sur l’hypothèse que la révolution axiale de la Terre existait depuis sa création et agissait dans la même direction que la révolution du satellite, mais à la vitesse angulaire de sa propre révolution dépassant la vitesse axiale de la révolution orbitale du satellite.

D’intérêt est l’hypothèse de Gerstenkorn (1967) de la capture de la Lune et de l’évolution marémotrice ultérieure de son orbite. Au cours de cette évolution, la Lune s’est approchée de la limite de Roche, c’est-à-dire la distance la plus proche du satellite à la centrale (à une distance plus proche, un satellite massif serait détruit par le champ de gravité de la planète). Sous ce concept également, la Lune est restée inchangée de sa naissance à nos jours, il n’y avait donc aucune explication à l’origine de la carence en fer existante dans la matière lunaire. De plus, les calculs de Gerstenkorn comportent quelques erreurs. L’hypothèse de Hannes et Alvén (1963) décrit la Lune comme un satellite capturé par la Terre sur une orbite proche de la limite de Roche. L’orbite actuelle s’est formée grâce aux interactions des marées avec la Terre.

Comme mentionné, la Lune est anormale en termes de teneur en fer. En même temps, ses basaltes sont merveilleusement proches dans leur composition des basaltes primitifs des crêtes médio-océaniques de la Terre. Les données isotopiques de l’oxygène soutiennent également les origines « consanguines » de la Lune et de la Terre et une origine différente des météorites de chondrite carbonées et régulières. Sur cette base, Ringwood (1975a, b, 1979) a pu montrer de manière convaincante l’affinité géochimique de la matière lunaire avec la matière du manteau terrestre. Cependant, Ringwood a tiré une conclusion plutôt exotique de ce fait: peu de temps après sa formation et la séparation du noyau dense, la Terre a rapidement tourné et, en raison de l’instabilité de rotation ainsi formée, une grosse bosse a été arrachée de son manteau et est devenue plus tard la Lune.

C’est une vieille idée qui a été avancée il y a une centaine d’années par Darwin (1865), géophysicien talentueux et fils de Charles Darwin. Malheureusement, cette hypothèse aussi était mécaniquement fausse.

Lorsqu’il s’agit de l’origine de la Lune, il faut tenir compte du degré extrême de différenciation qui a conduit à la séparation du fer des silicates et à leur appauvrissement substantiel en éléments sidérophiles. Une telle différenciation totale de la matière n’a peut-être eu lieu que dans le corps d’une planète assez grande et fondue.

C’est un point important qui ne peut pas être écarté. Le fait que la Lune ait été formée à partir de la planète fondue à l’origine est soutenu, en particulier, par la composition de son épaisse croûte d’anorthosite (jusqu’à 80 km) composée principalement d’une anorthite de feldspath calcique. Une croûte aussi épaisse n’aurait pu que se séparer de la matière totalement fondue d’un grand corps cosmique, trois à quatre fois plus grand que la Lune actuelle. Comme cela a été constaté à partir de la détermination de l’âge de l’anorthosite lunaire (Tera et Wasserburg, 1974), ce processus se déroulait il y a environ 4,6–4,4 ans, c’est–à-dire pendant la période proche en termes de calendrier de la formation du système Terre-Lune. Par conséquent, il est plausible de s’attendre à ce que le corps de la Lune parent ait subi la fusion et la différenciation planétaires folles avant la formation de la Lune proprement dite.

Il faut prendre en considération un deuxième fait assez remarquable important pour l’hypothèse de l’origine de la Lune. L’impulsion cinétique de révolution totale du système Terre–Lune avec une précision à la troisième décimale correspond à une situation où le satellite et la planète centrale étaient positionnés à une distance limite de Roche l’un de l’autre et avaient une vitesse de révolution axiale synchrone. Cela ne peut pas être une simple coïncidence. Au contraire, c’est une preuve convaincante de la situation où la Lune à son origine était bien à la limite de Roche et aurait pu être détruite.

Il semble tout à fait plausible sur la base des données fournies et des considérations que la Lune est un vestige d’une planète plus grande, la Proto-Lune, qui a été capturée par la Terre en croissance à partir d’une orbite adjacente (la plus proche) et détruite par le champ de gravité terrestre à la limite de Roche. Des considérations similaires, sous une forme qualitative, ont été publiées précédemment par Wood et Mitler (1974) et Opik (1961). Analogue à ces idées, nous avons déjà proposé (Sorokhtin, 1988) une hypothèse selon laquelle la Lune ne s’est formée que comme un vestige, la bosse de marée d’une Proto-Lune fondue et totalement différenciée préservée de la destruction dans la bulle de Roche. »

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