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Histoires d'impacts Les cratères d'impacts terrestres (II) A la différence des cratères lunaires, les cratères d'impacts terrestres ou astroblèmes ont une taille réduite, phénomène qui s'explique par la gravité six fois plus forte sur la Terre que sur la Lune qui contrecarre quelque peu la dynamique de l'explosion. Le cratère le plus vaste est celui du dôme de Vredefort situé à 120 km au sud-ouest de Johanesbourg en Afrique du Sud qui mesure entre 180-300 km de diamètre (lors de l'impact, le cratère mesura temporairement 100 km de large et 40 km de profondeur). Il résulte de l'impact d'un astéroïde d'au moins 10 km de diamètre survenu il y a ~2 milliards d'années (cf. Earth Observatory). Un cratère d’impact mesure théoriquement 24 fois la taille de la météorite qui lui donna naissance mais certains cratères peuvent atteindre une dimension supérieure à 30 fois le diamètre de la météorite.
Cette progression morphologique est identique dans tout le système solaire, bien que sur Terre les cratères soient moins bien conservés en raison de l'érosion et soient de ce fait parfois difficiles à identifier et à classer. Sur Terre, il existe deux grandes structures d'impact : - La structure simple, un cratère jusqu'à 4 km de diamètre, avec rebords composés de roches soulevées et retournées entourant une dépression en forme de bol partiellement remplie de brèches. Le rapport diamètre-profondeur est d'environ 5:1 - Les structures et bassins d'impact complexes de diamètre égal ou supérieur à 4 km et possédant un soulèvement central distinct sous forme d'un pic et/ou d'un anneau, une dépression annulaire et un rebord affaissé. L'intérieur de ces structures est partiellement rempli de brèches et de roches fondues par l'impact. Le rapport diamètre-profondeur est d'environ 10:1. A consulter : Liste des impacts météoritiques terrestres
Le Meteor crater En Arizona, à environ 60 km à l'est de Flagstaff et à 10 km au sud de la célèbre Route 66 (cf. Google Maps), se trouve un cratère d'impact d'environ 1186 m de diamètre et de 190 mètres de profondeur perdu au milieu du désert; c'est le cratère Barringer du nom du géologue Daniel M. Barringer (1860-1929) qui fut le premier à démontrer son origine extraterrestre. Aujourd'hui, il est mieux connu sous le surnom de Meteor crater.
Les analyses indiquent que le cratère s'est formé il y a environ 50000 ans suite à l'impact d'une météorite d'environ 40 mètres de diamètre et d'une masse estimée à 300000 tonnes. Si la plus grande partie de la météorite s'est vaporisée sous l'impact, dans un rayon de 10 km autour du cratère on récolta quelque 30 tonnes de fragments pesant jusqu'à 500 kg. Ils sont principalement composés de fer et de nickel; c'est une sidérite de classe IAB-MG et les fragments furent appelés les météorites de Canyon Diablo. On en trouve facilement en vente sur Internet. Jusqu'à présent, les calculs basés sur les vitesses relatives des gros météoroïdes et des autres impacts de météorites sur la Terre indiquaient que la météorite percuta le sol à une vitesse comprise entre 15 et 20 km/s. Mais une nouvelle simulation indique qu'un tel impact aurait dû générer plus de roche fondue dans et autour du cratère que ce qui fut trouvé. D'autres calculs proposaient une vitesse minimale d'entrée de 9.4 km/s. Sur base d'une meilleure compréhension de la façon dont l'atmosphère terrestre amortit les impacts météoritiques, Jay Melosh (1947-2020) de l'Université d'Arizona et Gareth Collins de l'Imperial College de Londres ont réalisé une nouvelle modélisation dont les résultats furent publiés dans la revue "Nature" en 2005. La simulation montre qu'en pénétrant dans l'atmosphère, sous l'effet de la friction atmosphérique l'objet aurait considérablement ralenti. Les éléments les plus fragiles se brisèrent vers 14 km d'altitude, les plus denses vers 5 km d'altitude, formant un nuage de fragments en forme de crêpe de 200 m de diamètre qui percuta le sol en libérant une énergie équivalent à environ 2.5 MT de TNT soit 150 fois la bombe d'Hiroshima, bien que cette estimation paraisse largement sous-estimée. Environ la moitié de la masse initiale soit 150000 tonnes est restée intacte et percuta le sol à 12 km/s avant de se vaporiser.
Le planétologue David Kring du Lunar and Planetaty Institute (lPI) a simulé l'impact du Meteor crater et analysé quel aurait été son effet s'il s'était produit de nos jours. Il estime que si l'énergie était suffisamment faible (< 2 MT), on aurait pu avoir une vue spectaculaire de l'impact et sans risque depuis Anderson Mesa, une longue crête volcanique située à environ 24 km à l'ouest du cratère. Cependant, d'autres estimations indiquent que l'énergie libérée fut dix fois supérieure. Par conséquent, cette distance aurait été inconfortablement proche, voire mortelle. Kring estime qu'un point de vue très agréable et sûr aurait été le Mont Elden, un dôme volcanique imposant situé à Flagstaff à près de 60 km au nord-ouest du cratère. Si l'énergie de l'impact était de 20 MT de TNT, elle aurait instantanément tué tous les animaux de taille humaine dans un rayon de 6 km autour du barycentre. Un changement brusque de pression causé par l'onde de choc provoquerait de graves lésions pulmonaires dans un rayon de 10 à 12 km autour du point d'impact. Les vents seraient également catastrophiques, avec des vitesses supérieures à 1500 km/h dans la zone intérieure de 3.2 km de rayon et dépasseraient encore les 100 km/h dans un rayon de 20 km. Ces vents souleveraient des débris grands comme des maisons et les projetteraient à plusieurs kilomètres de distance avec l'impulsion d'une balle d'un fusil de chasse. Des mammouths, des mastodontes et des paresseux terrestres géants figuraient parmi les malheureuses victimes de l'impact. Si une sidérite similaire de 40 m de diamètre tombait dans une ville, l'explosion correspondrait à 40% de l'énergie libérée par la Tsar Bomba de 50 MT que les Russes testèrent en octobre 1961, les effets de la radioactivité en moins. L'explosion de cette bombe atomique engendra un tremblement de terre de magnitude 5 sur l'échelle de Richter et détruisit absolument tout dans un rayon de 35 km. Comme illustré ci-dessus, si l'impacteur du Meteor crater tombait sur une grande ville, il créerait une boule de feu d'un rayon d'au moins 4.16 km et il n'y aurait pratiquement aucun survivant dans un rayon de 5.91 km autour du barycentre. Les bâtiments seraient soufflés dans un rayon de 12 km. Il y aurait encore des dommages et des blessés dans un rayon de 31.9 km et des personnes ainsi que des animaux brûlés au troisième degré dans un rayon de 38.4 km. Le cratère d'impact couvrirait une surface de 3.45 km2 et ferait 250 m de profondeur. Le champignon atteindrait 34.3 km d'altitude et sa tête mesurerait 10.8 km de hauteur et 102 km de diamètre. L'explosion toucherait une zone de ~5000 km2. Si l'impacteur tombait sur Paris, il ferait au moins 4.4 millions de morts et plus de 2.7 millions de blessés. S'il tombait à quelques kilomètres au large des côtes, il y aurait en plus un mégatsunami. A lire : Guidebook to the Geology of Barringer Meteorite Crater, LPI/USRA A tester : Simulateur Nukemap Le cratère Saginaw En 2010, des chercheurs de l'organisation Cintos ont utilisé des données altimétriques de l'USGS NED, des données bathymétriques des Grands lacs de la NOAA ainsi que l'application Google Earth pour essayer d'inférer la position de l'éventuel cratère d'impact à l'origine des éjecta découverts à la limite YD ou Dryas récent, il y a environ 13000 ans. Leur modèle montre clairement que l'emplacement de tous les éjecta prend une forme ovoïde. Dans un premier temps, de manière approximative, ils ont déterminé que le centre du cratère se situait dans la région des Grands Lacs, à l'ouest du lac Michigan, dans le Wisconsin par 43.6259° N et 89.7043° O. Mais après correction, ajustements des trajectoires, en tenant compte de variations liées à l'effet du chaos et des inondations tel le "torrent de Kankakee" qui se produisit il y a 14000 à 18000 ans dans la région de Chicago, le centre du cratère d'impact fut déplacé au coeur du Michigan, entre le lac Michigan et le lac Huron, comme on le voit ci-dessous. Le cratère fut baptisé Saginaw, du nom de la baie où il se trouve. En réalité le cratère présenté par les chercheurs de Cintos est une simulation basée sur une formation martienne ayant subit des débordements de matière fluide en forme de papillon. En utilisant ce modèle et en l'appliquant sur la zone présumée de l'impact, on constate par le plus grand hasard que la forme des remparts se superpose exactement aux escarpements existants de nos jours dans le Michigan. Reste toutefois à découvrir les éventuels débordements en forme de papillon pour valider cette modèle. Ce cratère gigantesque forme une ellipse alignée dans la direction NE-SO d'environ 235 x 155 km dont les remparts culminent à 370 mètres au-dessus du plancher du cratère. Est-il à l'origine des formations de Carolina Bays ? On ne peut pas encore le certifier. Quoiqu'il en soit, sur base de ce modèle on peut définir un premier scénario et avoir une idée du volume de matière déplacée et ses conséquences. A lire : Saginaw Impact Structure, Michael Davias/Cintos.org
On estime qu'un objet aurait percuté le dôme glacaire des Laurentides à hauteur des Grands Lacs et l'aurait pénétré sur 1 ou 2 km d'épaisseur, ce qui aurait amorti l'énergie de l'impact. En estimant l'épaisseur moyenne du dôme de glace à au moins 500 mètres, on estime que 2300 km3 de couches sédimentaires auraient été expulsés du cratère d'impact tandis que les 32000 km3 formant la surface du cratère auraient fourni 16000 km3 supplémentaires de glace pulvérisée au mélange visqueux. A titre de comparaison, toute la glace présente en hiver dans les Alpes représente 3000 km3 tandis que le Goenland contient 3 millions de km3 de glace. En traversant la glace et en percutant la couche sédimentaire, un objet incident de 30 km - soit deux fois grand que la comète de Halley dont le noyau mesure 16 x 7.5 x 8 km - aurait fourni environ 14000 km3 de silice hydratée dans une proportion égale de sable et d'eau. La plus grande partie des 16000 km3 d'éjecta seraient retombés localement sur le dôme glaciaire des Laurentides avant le repli des glaciers quelques milliers d'années plus tard. Si on estime le lit d'aval creusé par ce flôt de morraines à au moins 10% de la matière éjectée, 1600 km3 de débris auraient recouverts 300000 km2 de l'Amérique du Nord sur une épaisseur de 5 mètres ! Cela correspond à deux fois la superficie de l'état du Michigan ou à la superficie de l'Arizona. Certains éjecta, les plus lourds, retombèrent à plus de 1300 km du point d'impact, au Nébraska (ouest) et en Géorgie (sud). Les conséquences durent être catastrophiques dans une bonne partie de l'Amérique du Nord. Certains estiment que les conséquences de cet impact et de ces inondations provoquèrent la disparition de la culture Clovis qui était apparue au Nouveau-Mexique et s'éteignit il y a environ 12900 ans. Etant donné qu'on retrouve des éjecta de même composition ailleurs dans le monde et notamment en Syrie, on pense qu'au moins trois fragments auraient frappés la Terre à la même époque. En 2018, l'équipe de Kurt H. Kjaer du NHM de l'Université de Copenhague annonça dans la revue "Science" la découverte d'un autre cratère d'impact datant de la même période du Dryas récent. Le cratère se situe au nord-ouest du Groenland près de la ville de Qaanaaq par 78°55' N et 66° 30' O. Il fut découvert en 2016 suite à des sondages radars réalisés entre 1997 et 2016 par la NASA et des relevés réalisés par l'Institut Albert Wegener. Un second article détaillé fut publié dans la revue "Science" en 2022. Le cratère mesure 31 km de diamètre er se situe sous le glacier de Hiawatha à 930 mètres de profondeur. Les remparts du cratère s'élèvent à 320 ±70 m. Les experts estiment que ce cratère fut formé par l'impact d'une sidérite de 1.5 km de diamètre qui percuta l'île à 19 km/s à la fin du Pléistocène, il y a 10900 à 12900 ans. L'impact de la météorite pesant 10 milliards de tonnes aurait libéré 47 millions de fois l'énergie de la bombe atomique d'Hiroshima en 1945 (10575 GT contre 15 kT). Elle aurait fait fondre de grandes quantités de glace, libérant de l'eau douce dans l'océan et projetant des débris rocheux dans l'atmosphère dont les éjecta retombèrent à plusieurs milliers de kilomètres de distance. Cet évènement fut vraisemblablement accompagné d'un hiver d'impact qui affecta une partie de l'hémisphère nord durant plusieurs années. A consulter : Liste des cratères d'impacts météoritiques terrestres
Cet impact pourrait être lié à l'extinction du Dryas récent associée à la dernière oscillation froide du Tardiglaciaire. A cette époque, on observa une chute de la température moyenne de 7° et de 10° au Groenland. Les analyses ont montré que deux canaux sous-glaciaires s'étendent à partir du cratère. La formation compte parmi les 25 plus grands cratères d'impacts connus. Il faut remonter à 40 millions d'années pour trouver un cratère de la même taille. Il s'agit donc d'un évènement rare dans l'histoire de la Terre. Des comptes-rendus de cette découverte furent publiés en 2018 dans le "Guardian" et le "National Geographic" parmi d'autres webzines. Tous les cratères ne sont évidemment pas d'origine extraterrestre. Il existe de part le monde des dépressions plus ou moins circulaires qui ne sont pas associées à des impacts météoritiques ou cométaires pour ne citer que la formation de Richat datée de 100 millions d'années qui serait un dôme de calcaire et de quartzite effondré et érodé par le temps (cf. cette vidéo). En effet, l'hypothèse de l'impact ne résiste pas à une analyse méticuleuse de minéralogie, de stratigraphie, d'écologie ou de morphologie comparée. La plupart des formations douteuses sont formées par des explosions souterraines de gaz, des phénomènes géologiques ou d'érosion et n'ont rien à voir avec des objets tombés du ciel. C'est notamment le cas des maars de Devil Mountain en Alaska, des formations de Katwe-Kikorongp en Uganda et de l'ancien volcan de Cerro Colorado au Mexique parmi d'autres.
Documents Trailmixed, NASA, Robert E.Kobres/UGA. En revanche, d'autres formations plus ou plus circulaires ont longtemps été considérées comme des formations naturelles, sans relation avec des impacts, car selon les études effectuées à l'époque, elles n'étaient pas associées à des météorites ni aux effets associés à un tel évènement. C'est notamment le cas des formations de Carolina Bays aux Etats-Unis qui font encore l'objet de controverses. Carolina Bays et la comète Clovis Les dépressions de Carolina Bays forment un groupe d'environ 500000 lacs et marais s'étendant de la Floride au New Jersey, le long de la côte Atlantique. Les principales formations sont situées aux abords des baies de Caroline, grosso modo dans un rayon de 100 km autour du lac Waccamaw (34.3°N, 78.5°O) situé en Caroline du Nord. Il s'agit de formations plus ou moins elliptiques délimitées par des remparts, mesurant généralement entre 100 et 500 mètres de diamètre et jusqu'à 11 km de diamètre dans le cas de Snow Island. Elles sont parfois alignées, imbriquées ou juxtaposées et présentent une profondeur moyenne variant entre 2 et 15 mètres. Au fil du temps elles se sont remplies de sédiments et se sont transformées en lac ou en zone humide, parfois totalement envahie par des forêts. Ces formations sont bien visibles en deux endroits, le premier autour de Bladen Lakes State Forest, dans une bande d'environ 100 km de long sur 20 km de large entre Fayetteville et Wilmington en Caroline du Nord, le second entre Conway et Little River en Caroline du Sud, dans un rayon d'environ 10 km autour de Lewis Ocean Bay.
Il n'y a toujours pas de consensus concernant l'éventuelle origine extraterrestre de ces formations. Néanmoins, au fil des analyses qui se sont succédées, l'hypothèse des cratères d'impacts semble se vérifier. Les théories de l'érosion Pendant des décennies, des scientifiques américains ont étudié les différents sites, prélevé et analysé des échantillons en laboratoire. Vu la taille et l'étendue des dépressions, rapidement des scientifiques (Melton et Schrivern 1933, Prouty 1934, Eyton et Parkhurst 1970) ont évoqué l'explosion d'un corps (petit astéroïde ou comète) au-dessus des Grands Lacs mais aucune météorite n'a jamais été découverte dans ces dépressions ou aux alentours. Les plus réfractaires à la théorie de l'impact ont donc conclu qu'il s'agissait d'une forme d'érosion éolienne locale (Raisz 1934, A.H.Ivester, 2007), de phénomènes karstiques liés à l'érosion par dissolution de l'eau (Johnson, 1942) ou encore d'une érosion liée aux tourbillons d'eau générés par la fonte des glaces (les fameuses "marmites géantes", Kaczorowski 1976), autant d'hypothèses sans rapport avec un éventuel impact ou une explosion atmosphérique. De nombreux chercheurs se sont efforcés de prouver que la théorie de l'impact était fausse, si bien que les défenseurs de cette théorie ont du répondre à chaque attaque de manière précise (comme c'est souvent le cas en sciences). Ainsi, certains scientifiques ont prétendu que la probabilité d'un impact cométaire était trop faible ou que son impact aurait provoqué un cratère beaucoup plus vaste. On prétendit également que les traces de dépôts découvertes à la limite du Dryas récent ou YDB (Younger Dryas Boundary) remontaient en réalité à la limite C/Pg (limite du Crétacé/Paléogène, anciennement limite Crétacé/Tertiaire ou limite C/T), c'est-à-dire à l'impact de Chicxulub remontant à 66 millions d'années. Or, les traces sombres d'éjecta à la limite C/Pg furent produites par un évènement 100 fois plus puissant, et contrairement à celles de la limite YD, elle sont beaucoup plus épaisses et visibles à l'oeil nu. Enfin, d'autres scientifiques ont prétendu que les dépressions ne présentaient aucune des signatures habituelles des impacts météoritiques (sphérules carbonées vitrifiées, grains magnétiques, anomalies des taux d'osmium et d'iridium, etc). Or il n'en est rien, bien au contraire. La théorie de l'impact Dans la mémoire collective, il y a d'abord un fait qu'on ne peut ignorer concernant le lac Waccamaw de 8 km de diamètre situé en Caroline du Nord. Georges Howard qui s'occupe aujourd'hui de protéger les régions humides de Caroline du Nord et étudia longtemps les formations de Carolina Bays, souligne que les indiens Waccamaw racontent une légende selon laquelle leurs ancêtres auraient observé l'explosion d'un astre dans le ciel au sud-est de leur territoire, correspondant à l'emplacement actuel de ce lac profond de 3.3 mètres maximum. Cet évènement remonterait à plusieurs milliers d'années. A lire : Were Carolina bays created by the Saginaw Impact Manifold?, Google Earth blog
Pour étayer la théorie de l'impact, les scientifiques ont dû reprendre le problème à zéro et refaire des analyses plus précises car la plupart des études manquaient de précision ou écartaient l'hypothèse de l'impact (ou de l'explosion) extraterrestre sans apporter les preuves que cet évènement était exclu. En 2007, une étude publiée par l'équipe de Richard Firestone du Lawrence Berkeley National Laboratory démontra qu'il y a 12900 ans, à la limite YDB, un objet de plus de 4 km explosa au-dessus du dôme glaciaire du massif des Laurentides, provoquant l'extinction de 33 espèces dont de nombreuses espèces de la mégafaune, des petits mamifères et des oiseaux et provoqua une cassure du glacier. Cette période correspond à la datation des échantillons prélevés dans les formations de Carolina Bays. Parmi les indices, des échantillons d'arbres carbonisés prélevés dans les dépressions contiennent des sphérules vitrifiées compatibles avec une exposition à une onde de choc de 3200°C dans des conditions anoxiques (manque d'oxygène).
On découvrit également trois cratères dans les Grands Lacs situés à la frontière entre les Etats-Unis et le Canada. Ils sont alignés en chaîne comme on l'a déjà observé dans des formations sur Terre, sur la Lune (les catenae) ainsi que lors de l'impact de la comète Shoemaker-Levy sur Jupiter en 1994. Parmi ces cratères, Charity Shoal situé dans le lac Ontario, mesure 1 km de diamètre. Selon une étude de la NOAA publiée en 2001, ce cratère s'est formé à l'époque YD, donc compatible avec un impact extraterrestre. Quant aux Grands Lacs eux-mêmes, leur profondeur semble trop élevée (entre 244 et 405 m de profondeur) pour résulter de l'action érosive des glaciers ou des torrents et aucune activité tectonique ne s'est produite récemment dans cette région. Tous ces indices tendent à conclure que les formations de Carolina Bays seraient liées à un évènement extraterrestre. L'étude de Richard Firestone fut confirmée en 2012 par les recherches de l'équipe de Richard Lane de la Direction des Sciences de la Terre de la NSF. Leur étude démontra qu'une grande explosion ou un impact s'est produit sur Terre il y a 12900 ans. En effet, un ou plusieurs objets venant de l'espace auraient marqué le début de la période glaciaire du Dryas récent. Cet évènement est prouvé par des matériaux découverts dans des couches sédimentaires en Pennsylvanie, en Caroline du Sud et même en Syrie qui n'ont pu être formés qu'à une température comprise entre 1700 et 2200°C. Le chercheur Antonio Zamora étudia également cette formation. Grâce à ses simulations dans de la matière visqueuse, il confirme que dans le cas de cratères formés sur une croûte de glace d'eau, le phénomène de relaxation visqueuse est suffisant pour convertir des cavités coniques en baies peu profondes entourées de remparts (cf. cette photo d'un impact après relaxation visqueuse) exactement comme on l'oberve à Carolina Bays. Ces différentes études apportent suffisamment d'indices pour conclure que les dépressions de Carolina Bays sont bien le résultat d'impacts secondaires de glace éjectés suite à un impact extraterrestre sur le glacier des Laurentides lors du Dryas, il y a environ 12900 ans, à la fin de la dernière période glaciaire (dont le maximum remonte à 18000 ans). Toutefois, la nature de l'objet n'a toujours pas été établie avec certitude. Ceci dit, une majorité de scientifiques pensent que ces impacts proviennent des éjecta provoqués par l'impact de la comète Clovis. Pour plus d'informations, consultez les analyses réalisées par Georges Howard (1997), celle de Richard Firestone et al. et sa version étendue (2007) ainsi que celle d'Antonio Zamora qui publia un livre sur le sujet en 2015 intitulé "Solving the Mystery of the Carolina Bays" ainsi qu'une nouvelle modélisation en 2017 intitulée "A model for the geomorphology of the Carolina Bays" qui renforce la théorie des impacts secondaires. Notons que Zamora a également fondé le groupe public "Scientific-Psychic" sur Facebook. A présent que nous avons bien établi la différence entre les différents cratères, examinons quelles sont les conséquences d'un impact. Prochain chapitre
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