La crise Crétacé-Paléogène et l'hypothèse météoritique, 34 ans après

Cyril Langlois

ENS Lyon - Préparation à l'agrégation SV-STU

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

08/04/2014

Résumé

De la recherche de l'iridium comme marqueur de vitesse de sédimentation à l'hypothèse, encore discutée, d'un impact de météorite pour expliquer la crise biologique majeure marquant la fin du Crétacé et celle, entre autres, des dinosaures.


Introduction

Bien que n'apparaissant plus explicitement dans les programmes, la notion de crise biologique fait partie des sujets potentiellement abordés par les enseignants de SVT dans le cadre du thème « Évolution du vivant ». L'exemple devenu paradigmatique pour développer ce sujet est la crise de la limite Crétacé-Paléocène (-66 millions d'années[1]), dite aussi limite Crétacé-Tertiaire, K-T (K pour Kreide , la craie, en allemand) ou encore limite K-Pg (Crétacé-Paléogène). Le choix de cet exemple s'appuie sur l'idée qu'il s'agit de l'épisode de crise le plus médiatisé (puisqu'il se marque par la disparition des dinosaures au sens le plus large), le plus étudié et le plus spectaculaire, puisque qu'il serait, en tout ou partie, la conséquence d'un impact de météorite. Ladite météorite serait aujourd'hui bien identifiée et correspondrait au cratère de Chicxulub, détecté sous la péninsule du Yucatan. Pour la majorité des étudiants, ces idées sont considérées comme des faits démontrés et ne suscitant plus de débats.


Les objectifs de cet article sont donc :

  • de rappeler les origines de l'interprétation météoritique de cette crise, qui constitue un bel exemple de fonctionnement des sciences expérimentales et naturelles ;
  • de montrer que, trente ans plus tard, cette explication alimente encore des recherches et reste l'objet de discussions. Celles-ci ne portant plus sur la réalité d'un impact ni de la météorite de Chicxulub, mais sur la responsabilité de cette dernière dans la crise K-Pg et sur son unicité.

L'hypothèse de la météorite, ou pourquoi avoir cherché l'iridium ?

La publication d'Alvarez et al.

La théorie de l'impact météoritique responsable de la crise Crétacé-Paléogène date de 1980, avec la parution de l'article de Walter et Luis W. Alvarez, Franck Asaro et Helen V. Michel, dans la revue Science du 6 juin [3]. Dans cet article, les auteurs expliquent la démarche qui les a conduit à cette hypothèse qui, à l'époque, suscita un débat enflammé dans la communauté des géologues et des paléontologues : « Cette étude a commencé par le constat que les éléments du groupe du platine (platine, iridium, osmium et rhodium) sont bien moins abondants dans la croûte et le manteau supérieur terrestres que dans les météorites chondritiques et le matériel moyen du système solaire » [3, p.1097].

Cet appauvrissement est probablement le résultat de la concentration de ces éléments dans le noyau terrestre puisqu'ils sont, en effet, sidérophiles. Considérant que les faibles concentrations de ces éléments, mesurées dans les roches sédimentaires, pouvaient provenir de la poussière météoritique formée par ablation quand les météorites traversent l'atmosphère, Walter Alvarez, géologue de l'université de Berkeley, en Californie, et son père Luis Walter Alvarez (1911–1988), prix Nobel de physique 1968[2], ont supposé que la mesure des concentrations de ces éléments dans la couche d'argile marquant souvent la limite K-Pg leur donnerait accès à la durée que représente cette couche.

À cette question géologique abordée par Walter Alvarez, Luis Alvarez et ses deux collègues, chimistes, apportaient les techniques de mesure des très faibles concentrations (et des rapports isotopiques) de ces éléments rares. Ces concentrations étaient obtenues par une méthode encore peu répandue, que les travaux de Luis Alvarez avaient contribué à développer, l'analyse par activation neutronique, consistant à bombarder l'échantillon par un flux de neutrons, afin de transformer les noyaux de l'élément recherché en isotopes radioactifs : la mesure des rayonnements émis par la désintégration de ces noyaux permet alors d'en estimer les quantités.


Si ces éléments, notamment l'iridium, sont d'origine extraterrestre et arrivent à la surface de la Terre en une pluie a priori continue — donc indépendante des aléas de la sédimentation — ils se trouveront concentrés dans les couches de plus faible taux de sédimentation (et, inversement, dilués lors des épisodes de forte accumulation sédimentaire). L'objectif de Luis Alvarez était donc, initialement, d'estimer la durée de dépôt des couches d'argile correspondant à la limite K-Pg, son hypothèse de départ étant que ces couches correspondaient à un épisode de faible sédimentation, voire de lacune sédimentaire, qui ferait paraître brutal un épisode évolutif certes majeur, mais plus lent (et donc explicable par des causes compatibles avec le principe d'uniformitarisme de Charles Lyell). On voit que la démarche des Alvarez et de leurs collaborateurs n'étaient pas motivée par une idée excentrique ou innovatrice, mais par la volonté de confirmer et de préciser une conception conservatrice des extinctions, dans le cadre de la science orthodoxe de l'époque. Par ailleurs, l'attente de ces chercheurs étaient bien d'obtenir un pic, modeste, d'iridium et d'osmium.

Cette recherche avait déjà permis à cette équipe de publier, dès 1979, dans la revue EOS [2] et dans les comptes-rendus d'un colloque [1], la découverte d'une anomalie en iridium dans les sédiments de la coupe de Gubbio, en Italie. Ces résultats avaient également servi de référence aux travaux de deux chercheurs européens, Jan Smit et Jan Hertogen, qui publièrent, le 22 mai 1980, dans la revue Nature, les découvertes de pics d'iridium et d'osmium à la limite Crétacé-Tertiaire sur l'affleurement de Caravaca, au Sud-Est de l'Espagne [19]. Quelques jours seulement avant la publication des Alvarez, ces deux auteurs proposaient eux aussi d'attribuer ces pics à un événement extraterrestre.

Mais si l'article de Luis Alvarez et ses collègues est désormais considéré comme la référence, c'est que des épreuves en avaient circulé dès 1979 — comme l'évoque Stephen Jay Gould [6], p. 1986 — et qu'ils y présentaient des mesures obtenues sur plusieurs sites distincts et éloignés les uns des autres : d'abord la coupe de Gubbio, puis, pour comparaison, celle de Stevns Klint, au Sud de Copenhague mais également un affleurement situé aux antipodes, en Nouvelle-Zélande (dont ils avaient obtenus les résultats in extremis et qu'ils ne détaillaient donc pas dans cet article).

De plus, ils y proposaient une analyse isotopique leur permettant de tester les hypothèses alternatives à celle de la météorite. Enfin, Walter Alvarez et ses collègues développaient un scénario explicatif de la crise.

Les résultats d'Alvarez et al. et leur interprétation

Sur la coupe de Gubbio, Walter Alvarez et ses collaborateurs obtinrent, dans le niveau argileux correspondant à la limite K-Pg, une concentration d'iridium trente fois supérieure à celle des couches sous- et sus-jacentes. En outre, dans tous les échantillons prélevés autour de la limite, les fractions argileuses ne différaient significativement entre elles que par leurs teneurs en iridium. À Stevns Klint, l'enrichissement atteignait 160 fois le niveau de base et sur l'affleurement néo-zélandais, 20 fois : il s'agissait donc bien d'un enrichissement à l'échelle mondiale.

Figure 3. Quelques affleurements de référence de la limite K-Pg en Europe et au Maghreb

Quelques affleurements de référence de la limite K-Pg en Europe et au Maghreb

Il faut cependant garder à l'esprit qu'à Stevns Klint, par exemple, le niveau de base d'iridium était de 0,26 ppb (partie par milliard) et qu'en conséquence, le pic d'iridium danois signifiait qu'une couche d'1 cm de ce niveau contient 72.10-9 g d'Ir par centimètre carré.

Les auteurs mesurèrent également les concentrations en iridium dans des échantillons d'eau de mer californienne. Ils ne parvinrent pas à le détecter, ce qui impliquait une limite supérieure de 10-13 g d'Ir par gramme d'eau de mer. Ils en conclurent que « si l'on admet pour les anciennes mers danoises une profondeur inférieure à 100 m, et que notre valeur limite pour l'Ir leur est applicable, les quantités maximales d'Ir dans cette colonne d'eau de devrait atteindre 4.10-9 g.cm-2, soit presque 20 fois moins que la valeur observée ».

Ainsi, la possibilité d'une extraction massive d'iridium des eaux de mer, par un processus inconnu, aurait de toute façon demandé que les océans aient été largement plus riches en iridium au Crétacé qu'actuellement.

Une dernière possibilité pouvait être, comme supposé initialement, que la concentration de l'iridium traduise un ralentissement de la sédimentation, ou l'action de courants qui auraient remobilisé préférentiellement les carbonates et les argiles, sans entraîner les éléments lourds. L'amplitude des enrichissements mesurés (qui aurait signifié un ralentissement de sédimentation d'une durée bien trop longue) et leur caractère mondial et synchrone, de l'Europe à la Nouvelle-Zélande, invalident cette hypothèse.

Figure 4. La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol

La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol

Figure 5. La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol, vue interprétée

La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol, vue interprétée

Figure 6. La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol

La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol

Figure 7. La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol, vue interprétée

La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol, vue interprétée

Figure 8. La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol

La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol

Figure 9. La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol, vue interprétée

La limite K-Pg dans les flyschs de Zumaia, pays basque espagnol, vue interprétée

Ainsi, alors que l'objectif initial de Walter Alvarez était de mesurer la durée de dépôt des sédiments de la limite K-Pg et de mettre à l'épreuve la soudaineté apparente de cette transition, ses résultats l'ont conduit à affirmer l'existence d'un événement brutal, exceptionnel et en rupture complète avec le principe d'actualisme.

Pour attester de l'origine extraterrestre de l'iridium, l'équipe a aussi estimé les enrichissements à attendre pour 27 autres éléments chimiques, dans l'hypothèse où l'iridium proviendrait d'un matériel terrestre ayant la composition moyenne des roches crustales. Dans la croûte, expliquaient-ils, l'abondance de l'iridium est inférieure à 0,1 ppb, ce qui est trop faible pour produire, à l'échelle mondiale, un matériel dont l'abondance en iridium atteindrait 6,3 ppb, comme enregistré à Gubbio. De plus, si la source d'iridium était crustale, les enrichissements à attendre pour les autres éléments (notamment le sodium, le molybdène, le samarium ou encore le terbium) seraient plusieurs fois supérieurs à ceux mesurés. Par contre, les enrichissements mesurés et modélisés s'accordaient nettement mieux avec une source ayant la composition d'une chondrite carbonée.

Une météorite n'était cependant pas la seule explication possible à un apport extraterrestre d'iridium : une alternative était l'explosion d'une supernova proche, processus au cours duquel des éléments lourds, dont l'iridium, sont formés. Alvarez et ses collègues ont invalidé cette hypothèse, par plusieurs arguments :

  1. Pour obtenir les concentrations d'iridium mesurées en Italie, il fallait supposer une supernova située à moins de 0,1 année-lumière de la Terre. La probabilité qu'une supernova soit apparue au cours des 100 derniers millions d'années dans ce périmètre n'était que de 10-9. Probabilité très faible, mais pas nulle.
  2. L'explosion d'une supernova aurait produit de l'iridium mais aussi d'autres éléments, notamment un peu de plutonium 244 (mais encore mille fois moins que d'iridium). Le plutonium 244 est un élément radioactif dont la demie-vie est de 80,5.106 années. Celui qui s'est formé à l'origine du système solaire a, par conséquent, quasi-totalement disparu plus de quatre milliards d'années après, et il est indétectable dans les roches du Crétacé. L'explosion d'une supernova il y a seulement 65 Ma devrait donc se marquer aussi par une concentration anormale et détectable en cet isotope. Or les sédiments de la limite K-Pg ne montrent aucun enrichissement particulier en plutonium 244.
  3. Enfin, les auteurs effectuèrent une analyse isotopique de l'iridium détecté dans les argiles de la limite K-Pg et dans les couches voisines. Cette mesure étant très difficile à obtenir avec les spectromètres de masse disponibles alors, ils durent utiliser l'activation neutronique, en développant une technique spécifique à l'analyse isotopique de l'iridium. Leurs résultats montrèrent que l'iridium de la limite K-Pg ne différaient pas, isotopiquement, de celui des couches voisines, et qu'il avait donc probablement la même origine, à savoir les matériaux présents dans le système solaire (de l'iridium produit par l'explosion d'une supernova extérieure au système solaire n'ayant aucune raison de présenter exactement les mêmes proportions isotopiques que l'iridium du système solaire).

L'équipe de Walter Alvarez continuait sa publication de 1980 en discutant des probabilités de rencontre de la Terre avec un astéroïde de 10 km de diamètre et en proposant un scénario permettant de lier cet impact à l'extinction massive de la fin du Crétacé : c'est le scénario de « l'hiver d'impact », qui suppose que les poussières émises par la collision auraient atteint la stratosphère, diminué l'apport d'énergie solaire au sol et fait chuter la productivité photosynthétique, entraînant l'effondrement des écosystèmes terrestres et marins. Là encore, les auteurs tentaient de quantifier leurs hypothèses en s'appuyant sur le cas de l'explosion du volcan Krakatoa (Indonésie) en août 1883, qui a « émis 18 km3 de matériel dans l'atmosphère, dont 4 km3 ont atteint la stratosphère, où ils sont restés entre 2 ans et 2 ans et demi » [3, p. 1105].

Ils concluaient finalement en posant la question qui suivait logiquement : reste-t-il une trace de cet impact ? Aucun des très grands cratères météoritiques connus en 1980 (Sudbury au Canada, Vredefort en Afrique du Sud, Popigay en Sibérie…) n'avait l'âge requis.

Un ou des impacts ?

Le cratère de Chicxulub : le bon coupable ?

Ce n'est que près de onze ans plus tard, en septembre 1991, qu'Alan R. Hidebrand, géologue de l'université de Tucson (Arizona) et cinq autres chercheurs publièrent dans la revue Geology la découverte d'une structure enfouie assimilable à un cratère météoritique et datée de la fin du Crétacé [8].

Cette découverte n'était pas, là non plus, fortuite : des dépôts attribuables à un impact (éjectas, tsunamites — dépôts consécutifs à des raz-de-marée) avaient été repérés à Haïti et dans les Caraïbes, et des anomalies gravimétriques et magnétiques avaient été détectées au Yucatan dès 1975 par des prospections géophysiques pétrolières et interprétées comme la trace d'un ancien volcan ou d'un impact. L'article d'Alan R. Hildebrand et ses collaborateurs venait confirmer cette dernière interprétation et préciser son âge.

Leur article présentait une carte des anomalies gravimétriques de Bouguer enregistrées sur la péninsule du Yucatan : elle montrait une anomalie grossièrement circulaire, aux valeurs de pesanteur plus faibles qu'aux alentours et avec un pointement central de valeurs plus élevées. Cette anomalie ne montre aucune relation avec la topographie très plate de la région mais s'avère semblable à celle enregistrée sur d'autres cratères connus, comme celui de Manicouagan, au Canada. À cette anomalie gravimétrique s'ajoute des anomalies magnétiques, avec une aimantation plus intense dans la partie centrale de l'anomalie gravimétrique.

Figure 10. Anomalies gravimétriques de Bouguer, brutes, de la péninsule du Yucatan

Anomalies gravimétriques de Bouguer, brutes, de la péninsule du Yucatan

Les anomalies mesurées ne montrent aucune relation avec le relief actuel, quasi-plat (en dessous) : elles indiquent un déficit de masse en profondeur, mais que l'on ne peut pas relier à une "racine crustale" comme dans le cas d'un relief montagneux. Insert : localisation de la zone étudiée. Les cercles magenta localisent le cratère.


Figure 11. Anomalies isostatiques , anomalies de Bouguer corrigées de l'effet isostatique, de la péninsule du Yucatan

Anomalies isostatiques , anomalies de Bouguer corrigées de l'effet isostatique, de la péninsule du Yucatan

Les anomalies mesurées ne montrent aucune relation avec le relief actuel, quasi-plat (en dessous) : elles indiquent un déficit de masse en profondeur, mais que l'on ne peut pas relier à une "racine crustale" comme dans le cas d'un relief montagneux. Insert : localisation de la zone étudiée. Les cercles magenta localisent le cratère.


À ces données géophysiques s'ajoutaient des analyses pétrologiques et stratigraphiques des roches traversées par les carottages effectués dans cette zone pour en évaluer le potentiel pétrolier. Ces sondages montraient une séquence simple sub-horizontale de plate-forme essentiellement carbonatée et évaporitique, atteignant 3500 m d'épaisseur dans la partie Nord de la péninsule, allant du Crétacé inférieur au Quaternaire et recouvrant un socle cristallin paléozoïque mal connu.

Les sondages rencontraient en profondeur des brèches carbonatées et des roches manifestement "fondues" interprétées par les pétroliers (non spécialistes en roches endogènes) comme des roches magmatiques andésitiques, vitreuses ou microcristallines, intercalées dans les calcaires et les marnes. Ces brèches, peu denses, pouvaient expliquer l'anomalie de Bouguer (indicative d'un déficit de masse). Cependant, compte-tenu du contraste de densité mesurée entre les brèches et les roches saines, l'anomalie de Bouguer impliquait une épaisseur de 2 km de brèches, nettement supérieure à l'épaisseur constatée. Les auteurs attribuaient ainsi le déficit manquant à une importante fracturation des roches sous-jacentes. Les échantillons de brèches et d'« andésites » présentaient également une susceptibilité magnétique supérieure à celle des sédiments sus-jacents, ce qui permettait de leur attribuer aussi l'anomalie magnétique enregistrée.

Hildebrand et ses co-auteurs notaient que les sondages effectués à l'extérieur de la zone circulaire de l'anomalie gravimétrique ne rencontraient pas ces verres andésitiques. Ils trouvaient par contre des analogues aux brèches. Les roches « magmatiques » échantillonnées, peu cristallisées, contenaient essentiellement des microlithes de feldspaths plagioclases et alcalins, ainsi que des pyroxènes (augites). Mais elles montraient aussi des fragments de roches étrangères (des xénolithes) ou des cristaux étrangers (des xénocristaux), le plus souvent des quartz, entourés de couronnes réactionnelles. Ces quartz présentaient un aspect lamellaire, interprété comme la conséquence d'une onde de choc qui, en faisant fondre certaines régions du cristal, produit cette juxtaposition de bandes.

Tous ces éléments permettaient donc d'identifier la structure enfouie comme un cratère d'impact météoritique. Selon Hildebrand et ses collègues, il était aussi « une source potentielle attrayante pour les tectites connues à la limite K/T, en particulier parce que les microtectites K/T d'Haïti sont appauvries en silice par rapport à la plupart des tectites » [8, p.870] (cf. Les tectites, des larmes de la Terre ), or les roches fondues du cratère de Chicxulub présentent les compositions intermédiaires adéquates.

Cependant, le point faible de cet article restait l'âge du cratère, dont les auteurs reconnaissaient « qu'il n'est pas précisément connu ». Ce problème fut la principale source de la polémique qui suivit.

En effet, jusqu'à aujourd'hui, quelques chercheurs ont contesté la position stratigraphique de ce cratère à la limite K-Pg et donc son rôle dans la crise. Outre les défenseurs d'une cause volcanique à cet événement — les traps du Deccan — certains partisans de la météorite soutinrent néanmoins que Chicxulub n'était pas le « bon » cratère. Parmi ces derniers, la stratigraphe Gerta Keller, de l'université de Princeton (États-Unis), principale contributrice à l'étude de la coupe d'El Kef, en Tunisie, devenue en 1991 le stratotype de référence (GSSP) de la limite K-Pg [11].

Gerta Keller identifiait dans les sédiments d'Amérique centrale plusieurs couches enrichies en iridium et en microtectites, qu'il fallait attribuer à plusieurs météorites au lieu d'une [12] ; elle soutint également que le cratère de Chicxulub précédait de plusieurs centaines de milliers d'années la limite K-Pg [13]. Pour l'équipe de Gerta Keller, en effet, une carotte prélevée dans le cratère de Chicxulub montrait des microtectites (gouttelettes vitreuses produites par l'impact) remaniées et des foraminifères crétacés dans les sédiments gréseux situés entre le niveau basal de tectites relié à l'impact de Chicxulub et le pic d'iridium sus-jacent.

Figure 12. Proposition de datation par corrélation du pic d'iridium retrouvé à Chicxulub et au NE du Mexique

Proposition de datation par corrélation du pic d'iridium retrouvé à Chicxulub et au NE du Mexique

Les auteurs corrélaient la carotte Yaxcopoil-1 (Yax-1) prélevée dans le cratère de Chicxulub avec les couches de microtectites et le pic d'iridium identifiés dans les sédiments du Nord-Est du Mexique, pour proposer que l'impact de Chicxulub ait précédé de 300 000 ans la limite K-Pg.


La controverse ainsi déclenchée fit notamment l'objet d'un débat contradictoire à la Geological Society de Londres en 2004 — dont les comptes-rendus sont toujours disponibles en ligne [14] — qui n'éteignit pas les polémiques puisqu'en 2010, un collectif réunissant 41 auteurs rejetait vigoureusement les conclusions de G. Keller en publiant dans Science une revue qui synthétisait les données et les interprétations en faveur d'un impact unique correspondant au cratère de Chicxulub [18].

Figure 13. Interprétations comparées de la carotte Yaxcopoil-1 par plusieurs auteurs

Interprétations comparées de la carotte Yaxcopoil-1 par plusieurs auteurs

Figure S13, francisée, du matériel complémentaire publié avec l'article de Schulte et al. (2010). L'interprétation de Keller et al. (2004) est comparée à d'autres.


Dans cet article, ce consortium d'auteurs interprète la zone à microtectites remaniées de Keller et al. (2004) (cf. figure corrélation Chicxulub-NE du Mexique) , comme une couche intensément bréchifiée et remaniée par l'impact de la météorite de Chicxulub (figure ci-dessus). Par conséquent, soulignent-ils, cette partie perturbée est stratigraphiquement équivalente à la couche d'argile rouge dont la base, sur le stratotype officiel d'El Kef, en Tunisie, définit la limite K-Pg (figure ci-dessous). Or la couche enrichie en iridium se trouve, elle, juste au-dessus de ces formations perturbées, dans les argiles correspondant au retour à une sédimentation calme. Autrement dit, dans les régions proches du cratère de Chicxulub, dont les sédiments ont été produits ou intensément bouleversés par l'impact, ces sédiments et le pic d'iridium appartiennent déjà au Paléocène, et l'enrichissement en iridium peut n'apparaître qu'à plusieurs dizaines de centimètres, voire plusieurs mètres, au-dessus de la limite K-Pg officielle. Autour du Golfe du Mexique, en Amérique du Nord et jusqu'aux Caraïbes, ça n'est donc pas le pic d'iridium qui définit la limite K-Pg !

Figure 14. Stratigraphie et géochimie des sédiments de la section GSSP d'El Kef, Tunisie

Stratigraphie et géochimie des sédiments de la section GSSP d'El Kef, Tunisie

Figure S1, francisée, du matériel complémentaire publié avec l'article de Schulte et al. (2010).


En synthétisant les analyses d'une série d'affleurements montrant la limite K-Pg et situés en divers endroits du monde (parmi plus de 350 sites identifiés), Peter Schulte et ses collègues montrent que cette partie perturbée (faite de brèches, de dépôts de tsunami, de grès… et contenant des microtectites) diminue d'épaisseur à mesure que l'on s'éloigne du Yucatan, pour finalement disparaître dans les sites d'Europe ou de Tunisie, par exemple (où l'on n'observe plus qu'une couche d'argile contenant de l'iridium, des spinelles nickelifères et quelques microtectites, cf. figure ci-dessus). Le cratère de Chicxulub apparaît donc bien comme l'épicentre du phénomène responsable de ces bouleversements et l'épaisseur des couches remaniées ou perturbées dans la région du Mexique peut s'interpréter par un effondrement de la plate-forme carbonatée du Yucatan, des coulées de débris et des tsunamis déclenchés [par l'impact] dans le golfe du Mexique et les régions adjacentes.

La météorite de Chicxulub : la seule coupable ?

Cette synthèse de 2010 n'a pourtant pas clôt les discussions. Ainsi, en janvier 2014, un nouvel article, publié à titre posthume par John Franklin Lerbekmo (décédé en novembre 2012), de l'université d'Alberta (Canada), défend à nouveau l'hypothèse d'un second impact météoritique, venant parachever les dégâts de celui du Mexique [15].

Là encore, l'idée n'est pas complètement neuve. Déjà, le site du Yucatan n'a pas été le seul ni le premier candidat proposé comme responsable de la crise K-Pg : en 1986, la présence d'un cratère météoritique d'âge voisin de la limite K-Pg avait été soupçonné dans l'océan Indien, près des Seychelles [7]. L'auteur de cet article avait baptisé cet hypothétique cratère Shiva. Vu que celui-ci se trouvait, il y a 66 Ma, tout près de la côte Ouest de l'Inde (Inde et Seychelles ne formant alors qu'un seul bloc), quelques auteurs émirent aussi l'idée que cet impact soit à l'origine des traps du Deccan, en ayant induit la fusion de l'asthénosphère ou de la lithosphère. Sur le plan théorique, cette possibilité a été étudiée par des modèles [par exemple 10]. Dans le cas de la limite K-Pg, elle paraît peu plausible, car la datation des traps du Deccan a montré que leur émission avait débuté avant l'impact de Chicxulub, supposé lui-même antérieur à Shiva.

En 1996, cette appellation était reprise pour une seconde morphologie située au large de la côte Ouest de l'Inde et affectant la partie immergée des traps du Deccan [5]. Cette structure et celle des Seychelles correspondraient à un seul et même cratère, démantelé par l'ouverture de la dorsale de Carlsberg et la séparation des Seychelles et de l'Inde (figure ci-dessous). Sa forme oblongue et sa taille (600 km par 450 km) impliqueraient un impact nettement oblique et une météorite de diamètre quatre fois supérieur à celle de Chicxulub (quarante kilomètres au lieu de dix !).


L'argument avancé par J.F. Lerbekmo pour une succession de deux impacts est que la limite K-Pg identifiée au Mexique et ailleurs se situe dans un épisode de polarité magnétique inverse, le magnétochrone C29r. À Chicxulub, les roches fondues par l'impact ont enregistré en refroidissant cette polarité inverse. Or, en d'autres sites, notamment au Canada occidental, les couches définissant la limite K-Pg, caractérisées par une ou plusieurs couches de charbon et des marqueurs d'impact (des quartz choqués notamment), enregistrent un bref intervalle de polarité normale, inséré au sein du magnétochrone C29r, le sous-chrone C29r⋅1n. J.F. Lerbekmo affirme donc que les affleurements d'Amérique du Nord présentent deux limites K-Pg distinctes, l'une formée pendant le sous-chrone inverse C29r⋅1r (correspondant à Chicxulub), l'autre déposé ensuite, pendant le sous-chrone normal C29r⋅1n, et qu'il relie au cratère Shiva.

Il considère également que les microtectites et les quartz choqués échantillonnés dans les sédiments de la limite K-Pg peuvent se classer en plusieurs groupes, là encore attribuables à l'un ou l'autre des deux impacts : les sphérules vitrifiées produites par Chicxulub ne se retrouveraient que dans un rayon de 2000 km autour du cratère, alors que celles récupérées dans des carottes du Pacifique Nord et de l'Océan Indien, ou en Europe, s'en distingueraient chimiquement et texturalement et proviendraient du cratère Shiva.

En s'appuyant sur de précédents résultats de cyclostratigraphie, qui évaluent la durée du magnétochrone C29r à 600 000 ans environ, Lerbekmo estime que les deux impacts sont séparés d'environ 40 000 ans seulement (un intervalle presque dix fois plus court que celui envisagé par G. Keller dix ans auparavant). Or, en février 2013, des datations par la méthode 39Ar/40Ar d'échantillons de Chicxulub et de dépôts de la coupe d'Hell Creek (Nord-Est du Montana, États-Unis), avaient amené Paul R. Renne et collaborateurs, de l'université de Berkeley, à affirmer que l'extinction K-Pg et le cratère de Chicxulub étaient synchrones… à 32 000 ans près [17] !. Cette conclusion et les résultats de Lerbekmo restent donc compatibles entre eux.

Conclusion

Ainsi, si la réalité d'un impact de météorite (au moins) à la transition Crétacé-Paléocène n'est plus guère contestée, le détail des événements continue d'être exploré et discuté, même si l'intensité des débats s'est nettement atténuée. La majorité des géologues — et du grand public — lient l'impact et l'extinction K-Pg au cratère de Chicxulub ; néanmoins, l'hypothèse d'impacts multiples, concomitants ou successifs, restent défendus. Shiva n'est qu'un des autres cratères candidats, certains auteurs en citent encore plusieurs autres, antérieurs ou postérieurs à celui de Chicxulub, comme celui de Boltysh, en Ukraine [voir p. ex. 9] (cf. figure ci-dessous). On notera qu'à l'heure actuelle, le cratère Shiva, contrairement aux deux autres, ne figure pas dans la base de référence des impacts météoritiques [16]. Cette hypothèse d'impacts multiples n'est pas que "théorique", est explicable de manière simple. Les météorites de Chicxulub, Shiva ou Boltysh sont en fait des (fragments d') astéroïdes géocroiseurs. En cas de collision entre deux astéroïdes de la ceinture principale suivant des orbites peu elliptiques, des débris issus de la collision peuvent acquérir des orbites très elliptiques et devenir des géocroiseurs. Il n'est alors pas improbable que, suite à cette augmentation subite du nombre de géocroiseurs, la Terre subisse plusieurs impacts majeurs sur une période relativement "courte" de seulement quelques dizaines à centaines de milliers d'années.

Figure 16. Sites d'impacts proposés au voisinage de la limite Crétacé-Paléogène

Sites d'impacts proposés au voisinage de la limite Crétacé-Paléogène

Enfin, l'enchaînement des processus ayant conduit à l'extinction des espèces marines et terrestres est également toujours à l'étude : le scénario initial de l'« hiver d'impact » proposé par Alvarez et ses collaborateurs a été largement étoffé depuis. Il est probable que le ou les impacts, en plus d'obscurcir temporairement l'atmosphère, ont contribué à produire des pluies acides (la péninsule du Yucatan, notamment, comprenant des carbonates — devenus CO2 sous le choc — et des évaporites, sources de composés halogénés et d'ions sulfates), des tsunamis dévastateurs, un effet de serre accentué par libération de CO2, ce qui aurait accru la fréquence des feux de forêt et diminué l'oxygénation des eaux océaniques superficielles, etc. Et bien sûr, les effets de l'émission des traps du Deccan doivent également s'y ajouter. Les phénomènes survenus à la limite Crétacé-Paléogène ne sont donc pas encore complètement élucidés, même si cet épisode reste la crise la plus étudiée et la mieux comprise.

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[1] Datation officielle du stratotype international d'El Kef (Tunisie), selon la version de janvier 2013 de la Charte Chronostratigraphique Internationale.

[2] Pour ses contributions essentielles à la physique des particules élémentaires, en particulier la découverte de plusieurs états de résonance, rendues possibles par le développement de la technique associant des chambres à bulles utilisant de l'hydrogène et l'analyse de données (site officiel du prix Nobel, http://www.nobelprize.org).