L’EXTINCTION K-T

Tracking the Course of Evolution

par Richard Cowen

NOTE : Ceci est la page 1 d’un document de trois pages.

CETTE ESSAI, écrit en 1999, est un chapitre de mon livre History of Life, publié par Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Vous pouvez imprimer une copie pour un usage personnel ou éducatif, et vous pouvez créer un lien vers ce site. Les illustrations sont absentes de cette version Web du chapitre.
Cowen, R. 1994. Histoire de la vie. 2e édition. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Il s’agit d’un manuel de niveau première année publié par Blackwell Science. Copyright Richard Cowen 1994. Disponible auprès de Blackwell Science, 238 Main Street,Cambridge, Massachusetts 02142, téléphone 800-215-1000. Informations et mises à jour sur la 3e édition.
Voir aussi un essai séparé consacré au sujet général des extinctions majeures, et pour un résumé de la présentation orale de Richard Cowen.
Au département de géologie de l’Université de Californie, Davis, Richard Cowen essaie de maintenir d’autres pages Web d’intérêt :

• Mises à jour et liens Web pour l’essai sur l’extinction du KT
• Nouvelles références sur l’extinction du KT qui sont apparues depuis la publication de History of Life.
• Mises à jour et liens Web pour l’essai sur l’Extinction
• Nouvelles références sur l’Extinction qui sont apparues depuis la publication de History of Life.
• La paléontologie dans l’actualité : Pages Web d’intérêt actuel.

La fin des dinosaures : l’extinction K-T

Presque tous les grands vertébrés de la Terre, sur terre, en mer et dans les airs (tous les dinosaures, les plésiosaures, les mosasaures et les ptérosaures) ont soudainement disparu vers 65 Ma, à la fin du Crétacé. Au même moment, la plupart du plancton et de nombreux invertébrés tropicaux, en particulier les habitants des récifs, ont disparu, et de nombreuses plantes terrestres ont été gravement touchées. Ce phénomène d’extinction marque une limite majeure dans l’histoire de la Terre, la limite K-T ou Crétacé-Tertiaire, et la fin de l’ère mésozoïque. Les extinctions K-T ont eu lieu dans le monde entier, touchant tous les principaux continents et océans. La brièveté de cet événement fait encore l’objet de débats. Il a certainement été soudain en termes géologiques et peut avoir été catastrophique selon n’importe quelle norme.
Malgré l’ampleur des extinctions, cependant, nous ne devons pas nous laisser piéger en pensant que la limite K-T a marqué un désastre pour tous les êtres vivants. La plupart des groupes d’organismes ont survécu. Les insectes, les mammifères, les oiseaux et les plantes à fleurs sur la terre ferme, ainsi que les poissons, les coraux et les mollusques dans les océans, se sont considérablement diversifiés peu après la fin du Crétacé. Les victimes du K-T comprenaient la plupart des grandes créatures de l’époque, mais aussi certaines des plus petites, en particulier le plancton qui génère la majeure partie de la production primaire dans les océans.

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Il y a eu beaucoup de mauvaises théories pour expliquer les extinctions de dinosaures. Plus de mauvaises sciences sont décrites dans ce chapitre que dans tout le reste du livre. Par exemple, même dans les années 1980, un nouveau livre sur l’extinction des dinosaures suggérait qu’ils passaient trop de temps au soleil, qu’ils avaient des cataractes et que, comme ils ne voyaient pas très bien, ils tombaient du haut des falaises vers leur perte. Mais, aussi convaincantes ou stupides soient-elles, toutes les théories qui tentent d’expliquer uniquement l’extinction des dinosaures ignorent le fait que les extinctions ont eu lieu dans les faunes terrestres, marines et aériennes, et qu’elles étaient véritablement mondiales. Les extinctions du K-T étaient un événement mondial, et nous devrions donc examiner les agents efficaces à l’échelle mondiale : changement géographique, changement océanographique, changement climatique ou événement extraterrestre. Les travaux les plus récents sur l’extinction K-T se sont concentrés sur deux hypothèses qui suggèrent une fin violente du Crétacé : un grand impact d’astéroïde et une éruption volcanique géante.

Un impact d’astéroïde ou de comète ?

Une météorite assez grosse pour être appelée un petit astéroïde a frappé la Terre précisément au moment de l’extinction K-T. Les preuves de cet impact ont été découvertes pour la première fois par Walter Alvarez et ses collègues. Ils ont constaté que les roches déposées précisément à la limite K-T contiennent des quantités extraordinaires d’iridium (figure 18.1). Le fait que les roches de la limite aient été déposées sur terre ou sous la mer ne semble pas avoir d’importance. Dans l’océan Pacifique et les Caraïbes, l’argile contenant de l’iridium forme une couche dans les sédiments des fonds océaniques ; on la trouve dans les dépôts du plateau continental en Europe ; et en Amérique du Nord, du Canada au Nouveau-Mexique, on la trouve dans les séquences de roches charbonneuses déposées dans les plaines d’inondation et les deltas. La datation est précise, et la couche d’iridium a été identifiée dans plus de 100 endroits sur la Terre. Là où la frontière se trouve dans des sédiments marins, l’iridium se trouve dans une couche juste au-dessus des derniers microfossiles du Crétacé, et les sédiments au-dessus contiennent des microfossiles du Paléocène de la première partie du Cénozoïque.
L’iridium n’est présent que dans les roches de la frontière et a donc été déposé en un seul gros pic : un événement très court. L’iridium est présent dans les sédiments normaux des fonds marins en quantités microscopiques, mais le pic d’iridium à la limite K-T est très important. L’iridium est rare sur Terre et, bien qu’il puisse être concentré par des processus chimiques dans un sédiment, un pic d’iridium de cette ampleur a dû se produire d’une manière inhabituelle. L’iridium est beaucoup plus rare que l’or sur Terre, mais dans l’argile de la limite K-T, l’iridium est généralement deux fois plus abondant que l’or, parfois plus. On retrouve le même rapport élevé dans les météorites. Le groupe d’Alvarez a donc suggéré que l’iridium a été dispersé dans le monde entier à partir d’un nuage de débris qui s’est formé lorsqu’un astéroïde a frappé quelque part sur la Terre.

Un astéroïde assez gros pour disperser la quantité estimée d’iridium dans le pic mondial à la limite K-T pourrait avoir eu un diamètre d’environ 10 km (6 miles). Les modèles informatiques suggèrent que si un tel astéroïde entrait en collision avec la Terre, il traverserait l’atmosphère et l’océan presque comme s’ils n’existaient pas et creuserait un cratère dans la croûte d’environ 100 km de diamètre. L’iridium et les plus petits débris seraient répandus dans le monde entier par le souffle de l’impact tandis que l’astéroïde se vaporiserait en une boule de feu. Si l’épi a effectivement été formé par un impact important, quelles autres preuves devons-nous espérer trouver dans les archives rocheuses ? Les structures d’impact météoritique bien connues sont souvent associées à des fragments de quartz choqué et à des sphérules (petites sphères de verre) (figure 18.2). Le verre se forme lorsque la roche cible est fondue lors de l’impact, projetée dans l’air sous forme de gouttelettes et presque immédiatement gelée. Au cours des temps géologiques, les sphérules de verre peuvent se décomposer en argile. Le quartz de choc se forme lorsque des cristaux de quartz subissent une impulsion soudaine de forte pression. S’ils ne sont pas suffisamment chauffés pour fondre, ils peuvent porter des microstructures particulières et indubitables (figure 18.2, en haut).
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Dans toute l’Amérique du Nord, l’argile de la limite K-T contient des sphérules de verre (figure 18.2, en bas), et juste au-dessus de l’argile se trouve une couche plus fine qui contient de l’iridium ainsi que des fragments de quartz choqué. Cette couche n’a que quelques millimètres d’épaisseur, mais au total, elle contient plus d’un kilomètre cube de quartz choqué rien qu’en Amérique du Nord. La zone de quartz choqué s’étend vers l’ouest jusqu’au fond de l’océan Pacifique, mais le quartz choqué est rare dans les roches de la limite K-T ailleurs : quelques fragments minuscules sont présents dans des sites européens. Toutes ces preuves impliquent que l’impact K-T s’est produit sur ou près de l’Amérique du Nord, l’iridium provenant de l’astéroïde vaporisé et le quartz choqué provenant des roches continentales qu’il a heurtées.
Le cratère d’impact K-T a maintenant été trouvé. Il s’agit d’une structure géologique grossièrement ovoïde appelée Chicxulub, profondément enfouie sous les sédiments de la péninsule du Yucatán au Mexique (figure 18.3). La structure fait environ 180 km de diamètre, ce qui en fait l’une des plus grandes structures d’impact identifiées avec certitude jusqu’à présent sur Terre. Un puits foré dans la structure de Chicxulub a rencontré 380 mètres (plus de 1000 pieds) de roche ignée à la chimie étrange. Cette chimie pourrait avoir été générée par la fusion d’un mélange de roches sédimentaires dans la région. La roche ignée sous Chicxulub contient des niveaux élevés d’iridium, et son âge est de 65 Ma, coïncidant exactement avec la limite K-T.

Au-dessus de la roche ignée se trouve une masse de roches brisées, probablement les plus grandes particules de débris survivantes qui sont retombées sur le cratère sans fondre, et par-dessus se trouvent des sédiments normaux qui se sont formés lentement pour remplir le cratère dans les mers tropicales peu profondes qui couvraient la zone d’impact.
Les cratères d’impact bien connus ont souvent des tectites qui leur sont associées, ainsi que du quartz choqué et de minuscules sphérules de verre. Les tectites sont de plus grosses billes de verre aux formes et aux textures de surface inhabituelles. Elles se forment lorsque les roches sont instantanément fondues et éclaboussées par les sites d’impact sous la forme de gros gobets de verre fondu, puis refroidies en tournant dans l’air.
Haïti se trouvait à environ 800 km de Chicxulub à la fin du Crétacé (figure 18.3). À Beloc et dans d’autres localités d’Haïti, la limite K-T est marquée par une couche limite argileuse normale mais épaisse (30 cm) qui se compose principalement de sphérules de verre (figure 18.2). L’argile est recouverte d’une couche de turbidite, matériau de glissement de terrain sous-marin qui contient de gros fragments de roche. Certains de ces fragments ressemblent à de la croûte océanique brisée, mais on trouve également des morceaux sphériques de verre jaune et noir mesurant jusqu’à 8 mm de diamètre qui sont indubitablement des tektites. Les tektites de Beloc se sont apparemment formées à environ 1300°C à partir de deux types de roches différentes, et elles sont datées précisément de 65 Ma. Les tektites noires se sont formées à partir de roches volcaniques continentales et les jaunes à partir de sédiments évaporitiques à forte teneur en sulfate et en carbonate. Les roches du Yucatán autour de Chicxulub sont formées principalement de ce mélange de roches, et les roches ignées sous Chicxulub ont la chimie d’un mélange des deux à l’état fondu. Au-dessus de la turbidite vient une fine couche d’argile rouge d’environ 5 à 10 mm d’épaisseur seulement qui contient de l’iridium et du quartz choqué.
On peut expliquer une grande partie de ces preuves comme suit : un astéroïde a frappé à Chicxulub, heurtant un tas de sédiments épais dans une mer peu profonde. L’impact a fait fondre une grande partie de la croûte locale et a projeté des matériaux en fusion vers l’extérieur, jusqu’à 14 km sous la surface. De petites sphérules de verre fondu ont été projetées dans l’air à faible angle et sont tombées sur une zone géante qui s’étendait vers le nord-est jusqu’à Haïti, à plusieurs centaines de kilomètres de là, et vers le nord-ouest jusqu’au Colorado. Suivaient ensuite les matériaux plus fins qui avaient été projetés plus haut dans l’atmosphère ou dans l’espace et qui tombaient plus lentement sur les fragments plus grossiers.

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La forme ovoïde du cratère de Chicxulub montre que l’astéroïde a frappé à un angle faible, environ 20°-30°, projetant plus de débris vers le nord-ouest que dans les autres directions. Cela explique notamment les énormes dégâts subis par le continent nord-américain, et la distribution asymétrique du quartz choqué loin dans le Pacifique.
D’autres sites dans les Caraïbes occidentales suggèrent que des sédiments d’eau profonde, normalement calmes, ont été drastiquement perturbés juste à la fin du Crétacé, et les sédiments perturbés ont la couche contenant l’iridium juste au-dessus d’eux. Sur de nombreux sites du nord du Mexique et du Texas, ainsi que sur deux sites forés au fond du golfe du Mexique, on observe des signes d’une grande perturbation de l’océan à la limite K-T. En certains endroits, la perturbation de l’océan est due à la présence d’une couche d’iridium. En certains endroits, les sédiments perturbés du plancher océanique contiennent des fossiles de feuilles et de bois frais de plantes terrestres, ainsi que des tectites datées de 65 Ma (figure 18.4). Autour des Caraïbes et sur des sites situés le long de la côte atlantique orientale des États-Unis, les sédiments crétacés existants ont été arrachés et se sont de nouveau déposés en un tas désordonné qui contient également des sphérules de verre de différentes chimies, des fragments de quartz choqués et une pointe d’iridium. Tout ceci implique qu’un grand tsunami ou raz-de-marée a affecté la marge océanique de l’époque, emportant les plantes terrestres fraîches loin dans la mer et arrachant les sédiments du plancher océanique qui étaient restés intacts pendant des millions d’années. Le mélange bizarre de roches qui en a résulté a été appelé « le cocktail Crétacé-Tertiaire ».
Une fois Chicxulub identifié, il est devenu possible de calculer que du quartz choqué avait été lancé dans un jet à angle élevé par l’impact. Cette première boule de feu chaude a soufflé des débris vaporisés et fondus (y compris des sphérules de verre et de l’iridium) très haut au-dessus de l’atmosphère pour se déposer en dernier et globalement en dérivant lentement vers le bas. Les plus gros fragments, solides et fondus, ont été projetés vers l’extérieur à des angles plus faibles, mais pas très loin, et ont été déposés en premier et localement (environ 15 minutes de voyage jusqu’au Colorado !). Dans le même temps, des fragments plus petits, y compris du quartz choqué, ont été soufflés vers le haut entre la boule de feu chaude et les plus gros fragments, et se sont déposés en second lieu et régionalement (environ 30 minutes pour atteindre le Colorado). L’énergie de l’impact, à titre de comparaison avec les explosions de bombes à hydrogène, était d’environ 100 millions de mégatonnes.

Une éruption volcanique géante ?

Exactement à la limite K-T, un nouveau panache (chapitre 6) brûlait son chemin à travers la croûte près de la frontière des plaques entre l’Inde et l’Afrique. D’énormes quantités de basalte se sont déversées sur ce qui est aujourd’hui le plateau du Deccan, dans l’ouest de l’Inde, pour former d’énormes lits de lave appelés les trappes du Deccan. Une énorme extension de cette coulée de lave de l’autre côté de la frontière des plaques se trouve maintenant sous l’eau dans l’océan Indien (Figures 18.3 et 18.5). Les pièges du Deccan couvrent aujourd’hui 500 000 km2 (environ 200 000 miles carrés), mais il est possible qu’ils en aient couvert quatre fois plus avant que l’érosion ne les fasse disparaître de certaines zones. Ils ont un volume survivant de 1 million de km3 (240 000 miles cubes) et ont une épaisseur de plus de 2 km par endroits. L’ensemble du volume volcanique qui est entré en éruption, y compris les laves sous-marines, était bien plus important que cela (figure 18.5).
De plus, les éruptions du Deccan ont commencé soudainement juste avant la limite K-T. Le pic des éruptions n’a peut-être duré qu’environ un million d’années (± 50 %), mais cette courte période a chevauché la limite K-T. Le taux d’éruption était au moins 30 fois supérieur à celui des éruptions hawaïennes actuelles, même en supposant qu’il ait été continu sur un million d’années ; si l’éruption avait été plus courte ou spasmodique, les taux d’éruption auraient été beaucoup plus élevés. Les trappes du Deccan sont probablement entrées en éruption sous forme de coulées et de fontaines de lave comme celles du Kilauea, plutôt que sous forme d’éruptions explosives géantes comme celles du Krakatau. Mais les estimations des fontaines de feu générées par des éruptions de l’ampleur de celles du Deccan suggèrent que les aérosols et les cendres auraient facilement été transportés dans la stratosphère. Le panache du Deccan est toujours actif ; son point chaud se trouve maintenant sous l’île volcanique de la Réunion dans l’océan Indien.
Il existe donc des preuves solides d’éruptions volcaniques éphémères mais gigantesques à la limite K-T. Certaines personnes ont tenté d’expliquer toutes les caractéristiques des roches de la limite K-T comme étant le résultat de ces éruptions. Mais les preuves d’un impact extraterrestre sont si fortes que c’est une perte de temps d’essayer d’expliquer ces preuves par des effets volcaniques. Nous devrions plutôt nous concentrer sur le fait que la limite K-T a coïncidé avec deux événements très dramatiques. Les pièges du Deccan se situent de part et d’autre de la limite K-T et se sont formés au cours de ce qui était manifestement un événement majeur dans l’histoire de la Terre. L’impact des astéroïdes s’est produit exactement à la limite K-T. Il est certain que quelque chose de dramatique est arrivé à la vie sur Terre, car les géologues ont défini la limite K-T et la fin de l’ère mésozoïque sur la base d’une grande extinction de créatures sur terre et dans la mer. Un impact d’astéroïde, ou une série d’éruptions gigantesques, ou les deux, auraient eu des effets mondiaux majeurs sur l’atmosphère et la météo.
Il y a un sentiment, en particulier parmi les scientifiques physiques, que si nous pouvons montrer qu’une catastrophe physique s’est produite à la limite K-T, nous avons une explication automatique pour les extinctions K-T. Mais ce lien doit être démontré, et pas seulement supposé. Nous devons encore nous demander quelle catastrophe, si c’est l’une ou l’autre, a causé les extinctions K-T, et si oui, comment ?

CONTINUER à la page 2

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