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L'extinction des dinosaures La fragmentation de l'astéroïde Baptistina (II)
Si la théorie météoritique est exacte, des chercheurs ont essayé de déterminer quelle sorte d'astéroïde avait pu être à l'origine du cratère de Chicxulub. Les résultats des simulations numériques publiés en 2007 dans le magazine "Nature" par des chercheurs du Southwest Research Institute (SwRI) en Arizona et de la Charles University (Karlova) de Prague suggèrent que l'impact de Chicxulub et le cratère Tycho (85 km de diamètre et 4.8 km de profondeur) sur la Lune auraient la même origine. Ainsi que le montre l'illustration présentée à droite, deux astéroïdes de la famille Baptistina, un groupe de corps formés suite à la fragmentation d'une chondrite carbonée mesurant quelque 170 km de longueur, seraient entrés en collision dans la partie intérieure de la Ceinture des astéroïdes il y a environ 160 millions d'années. Les chercheurs ont abouti à cette conclusion en analysant les données de plusieurs fragments de cet objet dont celui de l'astéroïde 298 Baptistina justement, un corps de 13 à 30 km de longueur découvert en 1890 (Cfr ce document de 1893) dans la Ceinture des astéroïdes. Ce petit corps qui brille à la magnitude 11 se déplace à environ 20 km/s sur une orbite inclinée à 6.28° sur le plan de l'écliptique. A partir de ces données, ils ont modélisé l'évolution de leur trajectoire en remontant jusqu'à l'époque de la fragmentation du corps parent, en tenant compte des forces thermiques qui ont modifié leur trajectoire à mesure qu'ils absorbaient et réémettaient le rayonnement solaire. Ils ont découvert que cette fragmentation s'est produite il y a 160±20 millions d'années. Les fragments auraient suivi une trajectoire les écartant de la Ceinture des astéroïdes et les rapprochant de celles de la Terre et de la Lune, provoquant une augmentation significative du nombre d'impacts météoritiques sur ces astres dont le pic d'activité est survenu il y a 100 millions d'années. Aux dernières estimations, Tycho aurait été formé il y a 108 millions d'années. Les deux impacts de Chicxulub et Tycho correspondent aux tracés des fragments du corps parent de Baptistina, Chicxulub correspondant à la composition d'une chondrite carbonée. En complément, le modèle indique une augmentation de la fréquence des impacts sur la Lune au cours des 150 derniers millions d'années. Prémices d'une extinction A présent que nous connaissons l'origine du cratère de Chicxulub et du corps qui lui a donné naissance, voyons comment le biologiste Michael Rampino de l'Université de New York reconstitua les événements qui suivirent l'impact de Chicxulub.
Il y a 65 millions d’années, un astéroïde de la famille Baptistina de 10 km de diamètre suivi une trajectoire de collision avec la Terre. Il pénétra dans l’atmosphère terrestre entre 20 et 60 km/s et s’écrasa dans la péninsule du Yucatan, au Mexique. Ce phénomène excessivement rare provoqua une catastrophe globale. Son intensité a été estimée à VEI 8 sur une échelle qui va de 0 à 8, chaque degré étant 10 fois plus intense que le précédent ! Rappelons qu'une île qui est détruite par l'explosion d'un volcan atteint une intensité VEI = 5 et jamais aucun événement n'a jusqu'à présent dépassé cette valeur. L'impact du C/T devait donc fatalement conduire à l'extinction de la plupart des espèces par les effets secondaires qui en découlèrent. L’énergie de l’impact, évaluée à 100 mille milliards de tonnes de TNT (la bombe d'Hiroshima fut équivalente à 4 tonnes de TNT) fut convertie en onde de choc et en chaleur, formant un cratère d’impact gigantesque qui libéra dans l’atmosphère une quantité extraordinaire de poussière et de roches fondues fragmentées et vaporisées. Pour prendre une image, si un volcan ordinaire libère en explosant un centimètre cube de poussière dans l'atmosphère, Chixculub libéra un mètre cube de poussière ! Ces débris furent portés à une température telle que la surface de la Terre devint une chaudière à la vitesse de l'éclair, les forêts se consumant dans le monde entier. Le ciel s’obscurcit tandis que la poussière retomba lentement sur un paysage brûlé vif. Dans le golfe du Mexique et la région des Caraïbes l’impact fut à ce point destructif qu’il provoqua des tremblements de terre et des tsunamis qui renversèrent complètement les barrières de coraux et balayèrent totalement les zones intertidales.
L’impact de Chicxulub vaporisa toutes les roches et le substrat dans un rayon de 6 à 12 km. La plume de vapeur qui s’éleva au-dessus du Yucatan était composée de trillions de tonnes de dioxyde de soufre, de gaz carbonique et de vapeur d’eau, des éléments qui composent d'ordinaire toute météorite ou comète. Cette couche de carbonates et de sulfate devait avoir une épaisseur de 3 km et une température estimée à plusieurs milliers de degrés. Ces gaz ont dû se propager très rapidement vu l’ampleur des impacts secondaires, pour finalement être pris dans la circulation atmosphérique générale et encercler la Terre en l'espace de quelques mois. Selon Kevin Pope, des modèles informatiques suggèrent que parallèlement aux éjecta de poussière dans l’atmosphère, le dioxyde de soufre se transforma en acide sulfurique au contact des nuages. En bloquant la lumière du Soleil, ceux-ci ont empêché la photosynthèse végétale pendant plusieurs mois et refroidirent la surface de la Terre durant près de 10 ans. S’ajoute à ce cataclysme le fait que l’acide sulfurique en suspension dans l’atmosphère créa une diminution de la quantité d’ozone et déversa sur le monde une pluie acide durant des années, acidifiant la surface des océans et tuant les derniers végétaux qui avaient survécus au cataclysme. Il est également possible que le gaz carbonique libéré au cours de l’impact ait provoqué un réchauffement de l’atmosphère par effet de serre. Cette augmentation resterait néanmoins inférieure à 2°C. Cet événement ne provoqua probablement pas l’extinction massive des espèces car cette vapeur dût rapidement se combiner avec les oxydes de calcium ou de magnésium et se précipita sous forme de carbonates. Mais “l’hiver de Chixculub” eut probablement lieu suite à la vaporisation des sulfates. Dans ces conditions, il n’est pas surprenant qu’une fois la couche de poussière dissipée et les pluies adoucies que la plupart des espèces vivants sur la terre ferme et dans l’océan, y compris les dinosaures, se soient éteintes. Cette remarquable histoire est aujourd’hui empreinte dans les sédiments terrestres dont l’analyse directe et la modélisation informatique permettent de retracer les étapes. Grâce à tous ces indices, depuis les années 1980 une majorité de scientifiques se rallient à la thèse de l’équipe d’Alvarez.
En 1990, D.Raup publia une courbe d'extinction des espèces en fonction du diamètre du cratère d'impact. Mais il ne disposait virtuellement comme indice que d'un seul cratère associé à un tel phénomène, celui de Chixculub. Pour tester la validité de ce modèle quelques années plus tard M.Rampino et B.Haggerty complèteront le schéma en ajoutant plusieurs cratères d'impacts : Puchezh-Katunki (Russie), 80 km, Trias; Popigai (Russie), 100 km, Tertiaire; Manicouagan (Canada), 100 km, fin du Trias. Ces points semblent tomber dans la marge d'erreur proposée par D.Raup, un nouvel indice en faveur de cette théorie. II. Les éruptions volcaniques Il existe une autre hypothèse suggérée par les Américains Charles Officer et Charles Drake du Dartmouth College ainsi que Vincent Courtillot de l'Institut de Physique de la Terre à Paris[10]. Ils évoquent l'éruption des volcans aux quatre coins du monde, phénomène plus incertain mais qui a pu conduire à une élévation de la concentration en iridium. Ils basent leur hypothèse sur les coulées basaltiques découvertes dans les trappes du Deccan[11] bien visibles dans les montagnes du sud de l’Inde. A la fin de l'ère Secondaire, cette région vit l'accumulation de cendres volcaniques sur une épaisseur de 250 mètres ! Par comparaison, l'éruption du volcan El Chiñon au Mexique recouvrit le sol de quelques dizaines de centimètres de poussière seulement.
On décompte aujourd'hui entre 50 et 60 éruptions volcaniques chaque année à travers le monde et 1500 volcans actifs. Si la thèse soutenue par les chercheurs de Dartmouth est correcte, il y a 65 millions d'années, une forte activité volcanique put entraîner une extinction massive des espèces. Nous pouvons imaginer les retombées d'un tel phénomène, en observant les volcans qui sont actifs de nos jours. Par ses dimensions, l'explosion d'un volcan est souvent plus dévastatrice que celle d'une bombe. En 1980 aux Etats-Unis, le mont St Helens explosa sans grands préliminaires et libéra une énergie équivalent à 27000 fois l'explosion de la bombe d'Hiroshima ! 470 millions de tonnes de cendres volcaniques retombèrent dans un rayon de 30 km tandis que les projections atteignirent la stratosphère (> 20 km d'altitude). Le pays fut dévasté sur des centaines de kilomètres carrés. Il y eut 57 morts et pour 1 milliard de dollars de dégâts ! Mais l'événement était très localisé et n'entraîna finalement que peu de perturbations. Certains volcans projettent une quantité phénoménale de lave pulvérisée dans l'atmosphère. L'explosion du volcan Philippin Pinatubo en 1991 est l'exemple typique. Il libéra une poussière très lourde jusqu'à 25 km d'altitude. Durant des jours, le ciel fut totalement obscurci et envahi de gaz irritants. Cette poussière agit comme un "écran total" devant le rayonnement du Soleil. D'une densité de 2.7, la poussière retomba rapidement sur le sol. Semblable au talc, elle obstrua les moindres orifices et le poids des cendres volcaniques fit s'écrouler les ponts et les habitations. Lorsque la pluie se mit à tomber, se condensant sur la poussière, l'eau était devenue acide. Des torrents de boues (lahars) dévalèrent dans toute la région, transportant avec eux la mort et la désolation. A consulter : Volcano World - The Montserrat Volcano Observatory
Lorsque l'explosion se produit dans un site naturel, cette neige minérale entraîne l'exode massif des populations. Le cycle de la vie est interrompu brutalement; la région sur laquelle elle retombe devient un désert, le sol étant recouvert d’une épaisse couche de boue solidifiée. D'autres volcans, telle la montagne Pelée ou le Vésuve ont dégagé un important souffle de chaleur, des nuées ardentes qui retombèrent sur les populations, tuant instantanément toute vie. Enfin, les volcans enneigés qui se réveillent produisent la fonte massive des neiges qui les recouvrent. Celle-ci s'écoule en avalanches vers les vallées en nivelant les reliefs sur plusieurs kilomètres carrés. Il en est de même pour les volcans de laves (dits hawaïens) qui éjectent une plus grande quantité de lave vive et de bombes. A la fin du Secondaire, cette période volcanique dura au moins 500000 ans, au point de modifier la biosphère et de provoquer une extinction massive de 10% environ de toute les populations vivantes, végétales ou animales, du monde marin et terrestre. Mais selon les défenseurs de l'impact météoritique, cette explication n'explique pas la concentration des platines (iridium, etc) et la soudaineté de l'extinction massive des dinosaures. Aujourd'hui
la majorité des chercheurs pensent que la fin du règne des dinosaures
coincide avec l'explosion d'une météorite et non pas avec celle de
l'éruption des volcans.
Enquête sur l'extinction massive du Permien Si la théorie de l'impact météoritique explique parfaitement l'extinction des dinosaures par sa brieveté et les éléments chimiques que l'on a retrouvé, elle n'explique pas l'extinction massive du Permien qui se produisit voici 250 millions d'années et qui tua 95% des organismes vivants sur Terre ! Ouvrons donc une parenthèse pour étudier un instant cette hypothèse. La catastrophe du Permien fut un événement majeur, la plus importante catastrophe qu'aie connu la Terre. Elle demandait une explication tout aussi colossale... Mais jusqu'aux années 1990 rien de vraiment tangible venait appuyer l'une ou l'autre théorie : impact météorite ou activité volcanique, toute deux étaient plausibles, mais les chercheurs n'avaient pas vraiment d'indices probants en faveur de l'une ou l'autre explication. Avec le recul des années, les chercheurs ont rassemblé de nouveaux indices. Accompagnons-les dans leurs recherches et essayons de savoir comment s'est produit l'extinction du Permien. Impact ou volcanisme ? Après avoir découvert le cratère de Chicxulub dont les effets étaient parfaitement en corrélation avec l'extinction des dinosaures voici 65 millions d'années, la plupart des chercheurs pensaient qu'un impact météoritique similaire avait pu se produire au Permien. L'extinction de masse se serait alors produite très rapidement, en l'espace de 10000 ans. Au début, l'atmosphère aurait été obscurcie en l'espace de quelques mois par la poussière soulevée par l'explosion mais c'est surtout l'hiver durable qui suivit ce sinistre événement qui aurait fini par exterminer les populations. Encore fallait-il le démontrer et localiser le cratère ou les autres effets secondaires de cet impact. Dans les années '70 et '80 des chercheurs anglais dont le spécialiste en pétrologie Adrian Jones de l'University College de Londres (ES/UCL) étudièrent les trappes géologiques de Russie ou trappes de Sibérie, une couche de quelques centimètres d'épaisseur formée par l'éruption d'une plume tectonique remontant à 250 millions d'années. Situées entre 50-75° N et 60-120° E, aujourd'hui les trappes de Sibérie recouvrent une superficie d'environ 2.5 millions de km2 et un volume qui pourrait atteindre 3 millions de km3. On estime que ces trappes s'étendaient à l'origine sur 7 millions de km2. A lire : The Siberian Traps, R.Cowen (UCMP Berkeley)
Les plumes tectoniques ne sont pas des événements rares. Depuis le Permien nous avons assisté à l'émission d'au moins 8 plumes tectoniques dont la dernière fut celle du Yellowstone il y a 17 millions d'années. Elle forma le plateau basaltique de Columbia situé dans les états d'Orégon et de Washington puis elle se déplaça vers l'ouest pour former la plaine de Snake River en Idaho et la fameuse Vallée de la Lune (Valley of the Moon dans le comté de Sonoma, à ne pas confondre avec la vallée du même nom située au Chili). Elle donna ensuite naissance à la grande éruption du Yellowstone il y a 650000 ans. C'est dire combien les retombées de ce type de volcanisme peuvent bouleverser une région et être catastrophiques pour toutes les espèces vivant dans un rayon pouvant aller jusqu'à 1000 km autour du volcan. Par la même occasion les géologues recherchèrent le cratère d'impact éventuel qui aurait provoqué ces retombées. Mais bientôt on se rendit compte que pour anéantir autant d'êtres vivants, la météorite aurait dû être gigantesque afin de produire des effets persistants à l'échelle mondiale. En fait on estima qu'elle aurait dû être aussi grande que l'île de Manhattan, bref aussi grande qu'un petit astéroïde ! Selon des simulations informatiques, il put y avoir impact mais il aurait été si violent que la croûte terrestre aurait localement fondu et le cratère original aurait été noyé sous la lave. Restait alors à trouver ces traces de lave... Or à ce jour les indices sont fragmentaires. Même les quantités de cristaux de quartz choqués ou d'iridum relevés en Antarctique dans la couche du Permien sont insuffisantes pour expliquer l'ampleur de cette catastrophe. Il fallait encore chercher. Dans les années '90, Paul Wignall et son équipe de l'université anglaise de Leeds découvrirent au Groenland des sédiments remontant au Permien qui s'étalaient sur plusieurs mètres d'épaisseur et non plus sur quelques centimètres comme en Russie, ainsi que de très intéressants fossiles de toutes dimensions. Leur découverte fit la manchette des journaux et fut si sensationnelle qu'elle passionna les chercheurs. Elle apportait la preuve que l'extinction du Permien ne se déroula pas en un bref instant dans l'échelle du temps comme on l'imaginait, mais elle fut lente et dura bien plus que 10000 ans.
En effet, on découvrit que les fossiles s'éteignirent progressivement en trois phases distinctes : d'abord les plantes et les animaux disparaissent durant 40000 ans, puis dans une seconde phase l'extinction s'étendit à la mer et brièvement, enfin, durant une troisième phase l'extinction repris sur la terre ferme : on perdit les espèces végétales et animales caractéristiques. Durée totale : au moins 80000 ans ! Du coup la théorie de l'impact météoritique devenait caduque et plus personne ne savait exactement ce qui s'était réllement produit au Permien. Il fallait continuer à analyser les sédiments. On découvrit que le carbone-12 augmentait entre les phases 2 et 3. Le carbone-12 est connu pour se former lors de la décomposition des matières organiques animales ou végétales. Mais sa concentration était plus beaucoup plus élevée que prévu. Un peu plus tard, un chercheur discuta de ses travaux en compagnie du géologue Gerald Dickens de l'Université de Rice au Texas. Dickens avait justement étudié l'hydrate de méthane et savait qu'il contenait beaucoup de carbone-12. D'origine organique on en retrouve un peu partout à travers le monde près des côtes. Après enquête sur la transformation de l'hydrate de méthane en carbone-12, Dickens découvrit qu'un petit morceau de méthane gelé libérait énormément de carbone-12. La température de l'eau suffisait également à faire fondre le méthane, libérant le carbone-12. Après publication de ses résultats, Paul Wignall en eut connaissance et imagina quelle pouvait être l'influence du méthane sur le climat, sachant que cet élément était également un puissant gaz à effet de serre. Wignall démontra que le dégagement de méthane suffisait pour réchauffer la planète de 4 à 5° mais était insuffisant pour tuer toutes les espèces vivantes. Il fallait alors trouver un événement antérieur qui aurait également réchauffer l'atmosphère de 4 à 5°. Ensemble, les 10° d'augmentation auraient alors tué toutes les formes de vie. On finit par trouver un scénario tout à fait plausible et confirmé par les différents indices relevés sur le terrain. Sur des millers de kilomètres à travers toute la Russie, les volcans se sont réveillés voici 250 millions d'années, formant les fameuses trappes de Sibérie. La lave s'écoula et envahit les terres. C'était le premier tueur. Le réchauffement climatique était constant, jusqu'à 4-5°. Certaines espèces succombèrent. Puis la mer se réchauffa; les espèces marines succombèrent à leur tour. Puis un deuxième événement se produisit : les eaux devenues plus chaudes libérèrent le tueur venu des profondeurs océaniques, le méthane. La libération du gaz à effet de serre accrût encore le réchauffement du globe de 4-5° pour atteindre à présent 10° d'augmentation ! Mais était-ce suffisant pour tuer des organismes ? Si cela se produisait aujourd'hui, les climatologues nous disent que l'Europe deviendrait un désert. Ok, c'est plutôt convainquant... Ainsi, après de longues années de recherche, la cause de l'extinction massive du Permien a peut-être été identifiée : une activité volcanique inimaginable suivie d'un réchauffement climatique fatal pour la plupart des espèces vivantes. Il a fallut ensuite 100000 ans pour que la vie repeuple la Terre; c'était le début de l'ère des dinosaures. Mais les géologues découvrirent qu'un être vivant avait survécu à cet enfer ; l'herbisosaurus, un animal de la taille d'une vache et sans doute pas plus méchant, l'ancêtre de tous les mammifères, et donc de l'homme... Il réussit a s'accrocher à la vie lors de la plus grand catastrophe que la Terre ait jamais connu. Si l'hypothèse du volcanisme ne semble pas s'appliquer à l'extinction des dinosaures, d'autres théories alternatives d'ampleur astronomique ont été proposées avec plus ou moins de succès. Prochain chapitre
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