L'impact des météores qui a anéanti les dinosaures a créé un vaste système hydrothermal souterrain

L'événement d'impact de Chicxulub a été une énorme catastrophe qui a laissé une énorme empreinte sur la surface de la Terre. Non seulement il a causé l'extinction massive des dinosaures, mais il a laissé un cratère de 180 km (112 miles) de diamètre et a déposé un couche d'iridium concentré dans la croûte terrestre.

Mais une nouvelle étude montre que l'impact a également laissé sa marque profondément sous terre, sous la forme d'un vaste système hydrothermal qui a modifié une partie massive de la croûte terrestre.

L'impact de Chicxulub a été catastrophique pour la vie sur Terre. Lorsque cette énorme comète - ou astéroïde - a frappé la Terre, elle a déclenché une chaîne d'événements qui a changé l'histoire de la planète.

Il a pénétré environ 20 km (12 miles) dans la croûte terrestre. Il a créé un tsunami massif, déclenché des incendies dans le monde entier et envoyé d'énormes quantités de matière dans l'atmosphère. En raison de la nature riche en carbone et en soufre du site d'impact, l'atmosphère s'est obstruée par de la suie stratosphérique et des aérosols de sulfate. Ces matériaux ont persisté dans l'atmosphère, étouffant la photosynthèse et créant un refroidissement global qui a anéanti environ 75 % des espèces de la Terre, y compris tous les dinosaures non aviaires.

Mais caché à l'abri des regards, profondément sous terre, se trouve un vaste système hydrothermal créé par l'impact. La nature de ce système n'est révélée que maintenant.

Une nouvelle étude présente les détails de ce système souterrain. Il s'intitule ' Sondage du système hydrothermal du cratère d'impact de Chicxulub . ' L'auteur principal de l'étude est David Kring du Lunar and Planetary Institute (LPI). L'article est publié dans la revue Avancées scientifiques .

Cratère de Chicxulub au Mexique. Crédit : Wikipédia/NASA

Le cratère de Chicxulub est la structure d'impact de grande taille la mieux conservée sur Terre. Il a fait l'objet d'études approfondies, notamment en 2016, lorsqu'une équipe de chercheurs a étudié des échantillons de carottes profondes du fond de l'océan sur le site d'impact, recueillis par une plate-forme de forage. Certains de ces échantillons provenaient de 1335 mètres (4380 pieds) sous le fond marin. Cela faisait partie du Programme international de découverte des océans (IODP).

Ce programme a conduit à recherche publiée montrant comment l'anneau de pointe de Chicxulub s'est formé et montrant le déplacement des roches, où le socle granitique plus profond a été placé au-dessus des roches sédimentaires par l'énergie de l'impact. De nombreuses autres études ont découlé des travaux de l'IODP.

L'équipe à l'origine de ce nouveau travail s'est concentrée sur la modification chimique et thermique de la roche sur le site d'impact. Ils en ont déduit que l'événement d'impact de Chicxulub a créé un vaste système hydrothermal souterrain, plus grand que le Caldeira de Yellowstone , qui a été actif pendant plus de 150 000 ans.

'Imaginez une caldeira sous-marine de Yellowstone, mais plusieurs fois plus grande et produite par l'impact stupéfiant qui a entraîné l'extinction des dinosaures', a déclaré l'auteur principal Krin. g dans un communiqué de presse .

Certains cratères d'impact, dont Chicxulub, créent un anneau de pointe . C'est une chaîne de montagnes surélevée à l'intérieur du bord du cratère. Les anneaux de pointe sont soulevés par la force de rebond de l'impact, et ils sont faits de roche fracturée. La roche dans le cas de Chicxulub est du granit, soulevé à une profondeur de 10 km (6 miles) dans la croûte terrestre. La force de l'impact et le soulèvement ont causé la fracture. Cet anneau de pointe est en outre recouvert de débris d'impact, eux-mêmes fracturés et perméables, et tant les débris de surface que la croûte soulevée ont été soumis aux effets du système hydrothermal.

Les chercheurs ont trouvé des preuves de rivières d'eau souterraines surchauffées par l'impact et entraînées vers le haut. Ces rivières souterraines ont rencontré la frontière entre le fond du cratère d'impact et le fond de l'océan. Là, l'eau chauffée a rencontré une piscine de magma de 3 km (1,8 mile) créée par l'impact, appelée piscine de fonte centrale. L'eau n'a pas pu pénétrer ce magma et a été forcée sur ses bords. Ensuite, il s'est infiltré à travers toute la roche fracturée et s'est déversé dans la mer.

Coupe transversale tridimensionnelle du système hydrothermal du cratère d'impact de Chicxulub et de ses évents du fond marin. Le système a le potentiel d'héberger la vie microbienne. Illustration de Victor O. Leshyk pour le Lunar and Planetary Institute.

L'activité d'eau chaude était particulièrement intense près de l'anneau de pointe du cratère. L'anneau de pointe mesure 90 km (56 miles) de diamètre. L'équipe a examiné des échantillons de roche de cet anneau et a découvert que l'anneau est déchiré par des conduits hydrothermaux fossilisés. Lorsque l'eau surchauffée a traversé ces conduits il y a 66 millions d'années, elle a laissé sa marque. L'eau a déposé près de deux douzaines de types différents de minéraux sur les parois de ces conduits, remplaçant les minéraux d'origine.

Les surfaces sciées et exposées des échantillons du système hydrothermal montrant des canaux hydrothermaux, des cavités de dissolution et d'autres caractéristiques. Crédit d'image: Kring et al, 2020.

'L'altération par fluide chaud était la plus vigoureuse dans les débris d'impact perméables, mais des cristaux de grenat, indiquant des températures élevées, ont été trouvés à différents niveaux dans le noyau', a expliqué l'ancien chercheur postdoctoral du LPI Martin Schmieder.

'Ces minéraux semblent avoir enregistré des changements dans le champ magnétique terrestre au fur et à mesure de leur formation.'

Sonia Tikoo, co-auteur, Université de Stanford

Les types de minéraux ont beaucoup appris aux chercheurs sur le système hydrothermal. La température de l'eau devait être de 300 C à 400 C (570 à 750 F.) Cette quantité d'énergie thermique aurait mis beaucoup de temps à se dissiper, donc les températures élevées ont dû persister pendant longtemps. Les chercheurs ont utilisé la polarité magnétique des minéraux pour créer une sorte de ' horloge de polarité géomagnétique ” qui mesure le temps de refroidissement.

Une image de l'étude montrant des minéraux altérés de manière hydrothermale dans l'échantillon de carotte. Les images vont de la partie la moins profonde de la carotte (en haut à gauche) à la partie la plus profonde de la carotte (en bas à droite). C est la Na-dachiardite rouge, un minéral présent dans les systèmes hydrothermaux du monde entier, y compris la caldeira de Yellowstone. Pour des descriptions plus détaillées, voir l'étude. Crédit d'image: Kring et al, 2020.

«Nos résultats indiquent que de minuscules minéraux magnétiques ont été créés dans le cratère de Chicxulub en raison de réactions chimiques produites par un système hydrothermal à longue durée de vie. Ces minéraux semblent avoir enregistré des changements dans le champ magnétique terrestre au fur et à mesure de leur formation. Leurs mémoires magnétiques suggèrent que l'activité hydrothermale dans le cratère a persisté pendant au moins 150 000 ans », explique la co-auteur Sonia Tikoo de l'Université de Stanford.

Des recherches antérieures sur Chicxulub ont permis aux scientifiques de développer un modèle d'évolution hydrothermale. Cette nouvelle étude a testé ce modèle avec un forage dans l'anneau du pic à environ 40 km du centre du cratère. Les contours thermiques de 25°, 50°, 100°, 200°, 300°, 600°, 900° et 1200°C illustrent l'emplacement du bain de fusion central (côté gauche du diagramme) et l'effet thermique sous l'anneau de pic (milieu du schéma). La température diminue avec la distance mais est toujours d'environ 300°C au point correspondant à la base du forage de l'Expédition 364. Cette image représente le système hydrothermal 4000 ans après l'impact. Crédit d'image: Kring et al, 2020.

Il y a aussi des sédiments océaniques sur le site d'impact qui sont exceptionnellement riches en manganèse. Les chercheurs soulignent que c'est également la preuve d'un système hydrothermal à longue durée de vie.

'Semblable aux dorsales médio-océaniques, l'évacuation des cratères d'impact marins génère des panaches hydrothermaux qui contiennent du manganèse dissous et à oxydation lente, qui, par rapport aux concentrations de fond, ont produit des enrichissements jusqu'à dix fois dans les sédiments post-impact sur 2,1 millions d'années à Chicxulub', a déclaré co-auteur Axel Wittmann de l'Arizona State University.

Cette recherche est basée sur une seule carotte de l'anneau du pic, nommée forage M0077A. Mais cela reste une preuve. Et pas seulement des conséquences géologiques de l'impact de Chicxulub.

Les auteurs disent que leurs découvertes dans ce forage ont des implications potentielles sur les origines de la vie.

'La vie a peut-être évolué dans un cratère d'impact.'

David Kring, auteur principal, Lunar and Planetary Institute

Comme le souligne l'auteur principal, Kring, « les résultats suggèrent qu'il y avait une chaîne d'aérations d'eau chaude d'environ 300 kilomètres de long sur l'anneau de pointe et des évents supplémentaires dispersés sur le fond du cratère alors que la fonte par impact se refroidissait. Surtout, ces systèmes hydrothermaux peuvent avoir fourni des habitats pour la vie microbienne. »

Dans leur article, les auteurs écrivent : « Les résultats de forage démontrent qu'il y avait suffisamment d'habitats pour les micro-organismes dans l'anneau de pointe du cratère d'impact Chicxulub. Le système hydrothermal a créé un réseau de niches poreuses et perméables parfaites pour les écosystèmes microbiens.

La recherche sur les extrêmophiles nous a ouvert les yeux sur le potentiel de la vie à prospérer dans des environnements extrêmes et même à en sortir. C'est là que la comparaison entre la caldeira de Yellowstone et le système hydrothermal de Chicxulub joue un rôle. Le système hydrothermal de Yellowstone contient une vie microbienne abondante. Et bien que le système de Yellowstone ait été créé de manière volcanique, tandis que le système de Chicxulub a été créé par impact, la paire de systèmes est similaire et contient le même potentiel biologique pour la vie.

Cette illustration de l'étude montre comment l'eau et la vapeur se sont déplacées dans le système hydrothermal. L'écoulement hydrothermal est particulièrement vigoureux au voisinage du bain de fusion, au voisinage de l'anneau de pic. L'eau et la vapeur ne pénètrent pas dans le bain de fusion central tant qu'il n'a pas cristallisé. Il représente le système 4000 ans après l'impact. Crédit d'image: Kring et al, 2020.

Comme l'explique Kring, 'Notre étude du noyau rocheux de l'expédition à partir d'un habitat potentiel de la Terre profonde fournit des preuves supplémentaires de l'hypothèse de l'origine de l'impact de la vie. La vie a peut-être évolué dans un cratère d'impact.

La découverte de ce système hydrothermal massif et à longue durée de vie pourrait changer notre compréhension de la façon dont la vie est apparue sur Terre. Les scientifiques savent qu'il y a eu des milliers d'impacts similaires dans l'histoire géologique profonde de la Terre. Les systèmes hydrothermaux qu'ils ont créés ont peut-être fourni les points d'ancrage de niche qui ont donné à la vie une chance de démarrer.

Dans la conclusion de leur article, les auteurs ont écrit : « Le noyau de l'Expédition 364 modifié hydrothermiquement démontre que le cratère d'impact est un moteur thermique fondamentalement important dans les systèmes planétaires émergents et que le cratère géologiquement jeune de Chicxulub est un analogue approprié pour les bassins d'impact terrestre créés près de 4 Ga. depuis. Les systèmes hydrothermaux générés par l'impact étaient des caractéristiques importantes sur la Terre primitive et partout où l'eau existe dans une croûte planétaire. »

Ils ont également écrit que 'Ce modèle est transférable à un Mars ancien et à tout système exoplanétaire avec des conditions similaires.'

Peut-être devrions-nous rechercher des exoplanètes avec d'anciens cratères d'impact si nous voulons trouver de la vie.

Suite:

• Communiqué de presse: Un chaudron fumant suit la disparition des dinosaures
• Document de recherche: Sondage du système hydrothermal du cratère d'impact de Chicxulub
• Univers aujourd'hui : Un astéroïde tuant un dinosaure a frappé exactement au mauvais endroit