L'astéroïde, l'extinction des dinosaures et un réchauffement climatique de 100 000 ans

Le long du fleuve Brazos au Texas, de minuscules taches blanches parsèment une section de roches friables. Pour un observateur non-averti, ces fragments pourraient sembler être de banals grains de sable mais leurs formes inhabituelles recèlent en réalité des indices, autant de détails supplémentaires sur l'un des jours les plus dramatiques de l’histoire de notre planète.

Il y a près de 66 millions d’années, un astéroïde de 12 kilomètres de diamètre s’est écrasé dans l’océan qui borde la péninsule du Yucatán, au Mexique, creusant un cratère de 177 kilomètres de diamètre que l’on connaît sous le nom du cratère de Chicxulub. En l’espace d’un instant, la vie sur Terre s’est retrouvée changée à jamais. L’impact a engendré des incendies et des tsunamis sur des milliers de kilomètres. Le climat mondial en a lui aussi été modifié : une période de refroidissement extrême suivie d’une longue période de réchauffement ont provoqué l’extinction de près de 75 % de toutes les espèces terrestres, dont les dinosaures non-aviens.

Une étude publiée récemment dans la revue scientifique Geology s'est concentrée sur les minuscules pierres blanches trouvées au Texas, des lapilli, pour révéler des détails fascinants sur les minutes qui ont suivi cet impact. L’astéroïde s’est écrasé avec une telle puissance qu’il a vaporisé instantanément un épais lit de roches carbonatées, entraînant la formation d’un panache gazeux surchauffé qui s’est élevé aux côtés d’un rideau de fragments rocheux expulsés de la surface.

Les lapilli se sont formés au sein de ce mélange géologique de vapeur et de poussière, et sont retombés sur ce qui est aujourd’hui connu comme le Mexique, le Bélize, le Texas et même le New Jersey. « Ils se forment en quelques instants », explique Gregory Henkes, géochimiste à l’Université de Stony Brook à New York et auteur de la nouvelle étude.

Selon cette étude, une analyse chimique a révélé que les lapilli s'étaient formés quand les températures ont explosé pour atteindre les 155 °C, engendrant une zone de destruction qui s’est étendue jusqu’à plus de 1 600 kilomètres du centre du cratère en seulement quelques minutes.

Ces petites roches pourraient également donner des indications quant à la quantité de dioxyde de carbone qui est restée dans l’atmosphère à la suite de l’impact, et qui a fini par causer une ère de réchauffement climatique qui aurait duré, selon une estimation, jusqu’à 100 000 ans. Aujourd’hui encore, les répercussions de ce changement climatique sur les écosystèmes de la planète restent pertinentes.

Les humains font en quelque sorte leurs « propres expériences » sur le sujet en rejetant des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, souligne Brandon Johnson, planétologue à l’Université Purdue qui n’a pas participé à cette nouvelle étude. « Si nous pouvons comprendre les effets que ce réchauffement a eu il y a 66 millions d’années, nous pourrons peut-être mieux comprendre ce qu’il pourrait entraîner aujourd’hui. »

DES THERMOMÈTRES CHIMIQUES

Les lapilli analysés dans le cadre de cette étude ont été collectés dans les années 1990 dans un petit affleurement rocheux du centre du Texas, le long du fleuve Brazos. Les petits morceaux de roches ont depuis été sources de nombreuses interrogations, à commencer par la manière dont ils se sont formés.

Il est courant de trouver des lapilli dans les dépôts laissés par certains types d’éruptions volcaniques : ils se développent dans les panaches de cendres lorsque l’eau relie des amas de fragments vitreux entre eux. « Leur développement est assez similaire à celui des grêlons », explique Johnson.

Des lapilli peuvent également être trouvés autour de certains cratères d’impact, mais il est difficile de savoir si ceux-ci se forment de la même manière. L’analyse d’isotopes de carbone et d’oxygène réalisée dans le cadre de cette étude appuie une théorie qui proposait un mécanisme de formation de ces roches : il est possible que les gaz condensés émis par la vaporisation des roches carbonatées agissent comme de la colle en unissant les petits amas de lapilli. Johnson et un collègue ont proposé un mécanisme similaire pour la formation des lapilli sur la Lune, où l’eau est rare.

En outre, il est plus difficile pour les isotopes lourds de carbone et d’oxygène de rester collés lorsque les températures sont plus élevées. En se servant de cette idée ainsi que d’une méthode que l’on appelle analyse du clumping isotopique, les scientifiques ont pu mesurer la température du nuage de gaz qui s’est dissipé il y a des millions d’années, explique l’auteur principal de l’étude, David Burtt, doctorant à l’Université Stony Brook.

L’une des difficultés de cette analyse est de confirmer que les lapilli n’ont pas été altérés ultérieurement, au travers par exemple de la chaleur d’un enfouissement profond qui aurait faussé les températures enregistrées. Les chercheurs ont donc également analysé les coquilles carbonées de foraminifères, de petits animaux marins qui ont été préservés non loin de là, à peu près à la même époque. Les liens isotopiques des foraminifères concordaient avec la température attendue de la surface de l’eau à cette période, ce qui suggère que les températures des lapilli ont, elles aussi, été correctement préservées.

Les résultats indiquent que les petits morceaux de roches se sont formés sous une température de 155 °C.

« Ce sera dévastateur pour la biosphère », affirme le géochimiste Steven Goderis de la Vrije Universiteit Brussel qui se spécialise dans les cratères d’impact, mais qui ne faisait pas partie de l’équipe de l’étude.

Déterminer jusqu’où s’est étendu cet enfer gazeux a été un réel défi. Les chercheurs se sont longtemps demandé quel était l’angle et la direction exacts de l’astéroïde au moment où il s’est écrasé, car cela aiderait à déterminer les zones qui ont été les plus intensément touchées par le matériau expulsé lors de l’impact. Selon Goderis, l’étude des lapilli supplémentaires au Mexique pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre les variations qu’ont subi les températures lorsqu’elles se sont propagées. Étrangement, des lapilli n’ont toutefois pas été trouvés dans toutes les zones qui entourent le cratère d’impact, phénomène que les scientifiques ne savent pas expliquer.

Ce qui reste également à découvrir, c’est à quel moment et à quel endroit de la trajectoire de l’impact a eu lieu la formation des lapilli, selon le géologue David Kring du Lunar and Planetary Institute, qui a réalisé des recherches approfondies sur le site de l’impact. « J’espère que ce type d’études nous permettra un jour de le découvrir », ajoute Kring, qui ne faisait pas partie de l’équipe de l’étude.

LA BOULE DE FEU QUI A CHANGÉ LE MONDE

Des modèles réalisés par le passé suggèrent que l’impact a causé des températures atmosphériques encore plus élevées. D’une certaine manière, les hautes températures de la formation des lapilli ne sont donc pas surprenantes.

« Ce qui est nouveau, c’est qu’ils sont parvenus à relier une température à un type d’objet en particulier », affirme Kring.

Selon certaines estimations, les gaz incandescents qui ont été relâchés lors de l’impact ont créé une boule de feu qui a émis tellement de chaleur qu’elle a provoqué des incendies jusqu’à environ 2 500 kilomètres à la ronde. Les températures seraient montées en flèche quand les débris expulsés sont retombés sur Terre. Au moment où le matériau est passé à travers l’atmosphère, selon Kring, il a surchauffé l’air et a ainsi fait flamber d’immenses étendues de terre.

Aux alentours du lieu de l’impact, les températures auraient été si élevées que les plantes se seraient spontanément enflammées. Les débris ont aussi fait le tour du globe, et se sont concentrés à l’autre bout du monde où ils ont probablement causé des incendies similaires.

Pour Burtt et Henkes, cette nouvelle étude est un point de départ. Un point important qu’il sera intéressant d’approfondir dans les futures études est l’impulsion de dioxyde de carbone qui a été générée quand l’astéroïde a vaporisé une quantité importante de roche carbonée.

La formation des lapilli dans le nuage de vapeur aurait absorbé une partie du dioxyde de carbone, ce qui a probablement influencé les changements climatiques au niveau mondial qui ont eu lieu dans les années qui ont suivi. Le mélange d’émissions causées par l’impact, qui contenaient notamment du soufre, du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau, a complètement modifié le climat mondial qui est passé de glacial à chaud : cela a entraîné un effondrement de la chaîne alimentaire et a causé l’extinction progressive d’innombrables espèces. Il est important d’étudier la quantité de ces gaz ayant des effets sur le climat qui a été relâchée afin de mieux comprendre les raisons pour lesquelles autant d’espèces ont été tuées. Selon Johnson, les scientifiques tentent encore de le découvrir.

Cet aspect de l’histoire n’est pas que de l’histoire ancienne. « Un phénomène d’origine anthropique proche d’une extinction est en train de se produire », affirme Henkes en référence au déclin spectaculaire de la biodiversité que l’être humain est en train de causer en relâchant des gaz à effet de serre, en modifiant l’utilisation des terres, en introduisant des espèces envahissantes dans l’environnement, entre autres choses.

Les changements actuels ne sont pas aussi soudains que l’impact d’un astéroïde, mais leurs échos se feront sentir dans la biosphère pendant des millénaires, prévient-il.