Un bois fossilisé trouvé dans le centre de l'Allemagne a conservé un enregistrement de 300 millions d'années de l'histoire géologique de l'Europe. L'analyse des différentes générations de quartz présentes dans les troncs a permis de reconstruire comment cette région s'est enfoncée, a été enterrée à plusieurs kilomètres de profondeur et est revenue ensuite à la surface.
Un bois fossilisé révèle 300 millions d'années d'Europe
Une recherche dirigée par l'Université de Münster a démontré que le bois fossilisé peut fonctionner comme un archive des processus géologiques survenus pendant des centaines de millions d'années. Le travail, publié dans la revue scientifique Scientific Reports, étudie plusieurs troncs localisés dans les montagnes de Kyffhäuser, dans le centre de l'Allemagne.
Les arbres ont grandi il y a environ 300 millions d'années, lorsque la région se trouvait près de l'équateur et faisait partie du supercontinent Pangée. Ils étaient des parents déjà éteints des actuelles conifères et appartenaient à des forêts tropicales sèches traversées par des systèmes fluviaux.
Cinq étapes piégées dans le quartz
Les chercheurs ont identifié cinq phases successives de minéralisation à l'intérieur des fossiles. Chaque génération de silice et de quartz conserve des informations sur la température, la pression et les fluides qui ont circulé dans les roches à différents moments.
Les cinq étapes couvrent environ 200 millions d'années, de la fin du Carbonifère au début du Crétacé. En incorporant l'élévation ultérieure et la sortie des matériaux à la surface, l'enregistrement complet atteint environ 300 millions d'années, la séquence de minéralisation successive de bois la plus prolongée documentée jusqu'à présent.
La première minéralisation s'est produite entre il y a 304 et 299 millions d'années, peu après que les arbres aient été entraînés et enterrés par des inondations. L'eau riche en silice a pénétré dans leur structure et a recouvert leurs cellules avant que la matière végétale ne se décompose complètement.
Les troncs sont restés enfouis à cinq kilomètres
Le bois n'est pas resté toujours près de la surface. Les analyses indiquent que les fossiles ont fini par se situer entre trois et cinq kilomètres et demi de profondeur, soumis à des températures allant de 160 à 240 degrés pendant l'une des phases de maximum d'enfouissement.
Les mouvements successifs de la croûte terrestre ont ensuite provoqué le soulèvement de la zone. La dernière grande génération de quartz s'est formée il y a environ 100 millions d'années, pendant une étape d'inversion du bassin avant son élévation définitive.
De cette manière, le tronc conserve à la fois son processus initial de fossilisation et les traces laissées par l'enfoncement du bassin, la circulation de fluides chauds, les mouvements tectoniques et l'ascension ultérieure des roches.
Comment l'histoire géologique a été reconstruite
L'équipe a combiné différentes techniques pour différencier et dater les phases minérales. Parmi elles figurent la cathodoluminescence du quartz, l'analyse de petites inclusions de fluides, la microscopie électronique, la thermométrie Raman et la datation par uranium-plomb.
Les inclusions sont de minuscules poches de liquide piégées à l'intérieur des cristaux pendant leur formation. Leur composition permet de calculer les conditions de pression et de température dans lesquelles se trouvait le bois à chaque étape.
L'étude a été basée sur cinq échantillons représentatifs de bois et de grès, sélectionnés après une décennie de recherche sur des dizaines de troncs fossiles de la région et des centaines d'exemplaires conservés dans des collections publiques et privées. Certains des troncs connus à Kyffhäuser atteignent 20 mètres de longueur.
Un outil pour étudier d'autres régions
La découverte élargit la valeur scientifique attribuée jusqu'à présent au bois fossilisé. Ces restes étaient principalement utilisés pour étudier d'anciens arbres, des écosystèmes et des processus de conservation, mais ils peuvent également révéler l'évolution des bassins sédimentaires et les grands mouvements tectoniques.
Les auteurs estiment que la méthodologie pourrait être appliquée à d'autres gisements dans le monde. Tous les fossiles ne seront pas également utiles : leur capacité à conserver plusieurs phases dépend des conditions climatiques et sédimentaires dans lesquelles ils ont été enterrés et du fait que différentes générations de minéraux aient pénétré par la suite dans leur structure.