8.5 : Influences cosmiques sur l'évolution de la Terre
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Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Expliquer la rareté des cratères d'impact sur Terre par rapport aux autres planètes et lunes
- Décrire les preuves des récents impacts sur la Terre
- Décrivez comment un impact massif a changé les conditions de vie sur Terre, entraînant l'extinction des dinosaures
- Décrire comment les impacts ont influencé l'évolution de la vie sur Terre
- Discutez de la recherche d'objets susceptibles d'entrer en collision avec notre planète
En discutant de la géologie de la Terre plus tôt dans ce chapitre, nous n'avons traité que des effets des forces internes, exprimées par les processus de la tectonique des plaques et du volcanisme. Sur la Lune, en revanche, nous voyons principalement des cratères, produits par les impacts de débris interplanétaires tels que des astéroïdes et des comètes. Pourquoi ne voyons-nous pas plus de preuves sur Terre des types de cratères d'impact si importants sur la Lune et sur d'autres mondes ?
Où sont les cratères sur Terre ?
Il n'est pas possible que la Terre ait échappé à l'impact des débris interplanétaires qui ont empoché la Lune. D'un point de vue cosmique, la Lune est presque à côté. Notre atmosphère fait brûler de petits débris cosmiques (que nous voyons sous forme de météores, communément appelés étoiles filantes). Mais les couches de notre air ne fournissent aucun bouclier contre les impacts importants qui forment des cratères de plusieurs kilomètres de diamètre et qui sont courants sur la Lune.
Au cours de son histoire, la Terre a donc dû être impactée autant que la Lune. La différence est que, sur Terre, ces cratères sont détruits par notre géologie active avant de pouvoir s'accumuler. Alors que la tectonique des plaques renouvelle constamment notre croûte, les preuves des événements passés de cratères sont lentement effacées. Ce n'est qu'au cours des dernières décennies que les géologues ont réussi à identifier les vestiges érodés de nombreux cratères d'impact (Figure\(\PageIndex{1}\)). Plus récemment encore, nous nous sommes rendu compte que, tout au long de l'histoire de la Terre, ces impacts ont eu une influence importante sur l'évolution de la vie.
Impacts récents
La collision de débris interplanétaires avec la Terre n'est pas une idée hypothétique. Des preuves d'impacts relativement récents peuvent être trouvées à la surface de notre planète. Une collision historique bien étudiée s'est produite le 30 juin 1908, près de la rivière Tunguska en Sibérie. Dans cette région désolée, une explosion remarquable s'est produite dans l'atmosphère à environ 8 kilomètres au-dessus de la surface. L'onde de choc a rasé plus de mille kilomètres carrés de forêt (Figure\(\PageIndex{2}\)). Des troupeaux de rennes et d'autres animaux ont été tués et un homme dans un poste de traite situé à 80 kilomètres de l'explosion a été jeté de sa chaise et a perdu connaissance. L'onde de choc s'est répandue dans le monde entier, telle qu'enregistrée par des instruments conçus pour mesurer les variations de la pression atmosphérique.
Malgré cette violence, aucun cratère n'a été formé par l'explosion de Tunguska. Brisé par la pression atmosphérique, le projectile pierreux d'une masse d'environ 10 000 tonnes s'est désintégré au-dessus de la surface de notre planète pour créer une explosion équivalente à celle d'une bombe nucléaire de 5 mégatonnes. S'il avait été plus petit ou plus fragile, le corps percutant aurait dissipé son énergie à haute altitude et n'aurait probablement pas attiré l'attention. Aujourd'hui, ces explosions atmosphériques à haute altitude sont surveillées régulièrement par des systèmes de surveillance militaires.
S'il avait été plus gros ou fait d'un matériau plus résistant (tel que du métal), le projectile Tunguska aurait pénétré jusqu'à la surface de la Terre et aurait explosé pour former un cratère. Au lieu de cela, seuls la chaleur et le choc de l'explosion atmosphérique ont atteint la surface, mais les ravages qu'elle a causés en Sibérie ont témoigné de la puissance de tels impacts. Imaginez si le même impacteur rocheux avait explosé au-dessus de New York en 1908 ; les livres d'histoire pourraient aujourd'hui l'enregistrer comme l'un des événements les plus meurtriers de l'histoire de l'humanité.
Des dizaines de milliers de personnes ont assisté directement à l'explosion d'un projectile plus petit (20 mètres) au-dessus de la ville russe de Tcheliabinsk un matin d'hiver 2013. Il a explosé à une altitude de 21 kilomètres dans un éclat de lumière plus brillant que le soleil, et l'onde de choc de l'explosion de 0,5 mégatonne a brisé des dizaines de milliers de fenêtres et envoyé des centaines de personnes à l'hôpital. Des fragments de roche (météorites) ont été facilement récupérés par les habitants de la région après l'explosion parce qu'ils se sont posés sur de la neige fraîche.
Le Dr David Morrison, l'un des auteurs originaux de ce manuel, propose un exposé non technique sur l'explosion de Tcheliabinsk et ses impacts en général.
Le cratère récent le plus connu de la Terre s'est formé il y a environ 50 000 ans en Arizona. Dans ce cas, le projectile était un morceau de fer d'environ 40 mètres de diamètre. Aujourd'hui appelé Meteor Crater et attraction touristique majeure sur le chemin du Grand Canyon, le cratère mesure environ 1,6 km de diamètre et possède toutes les caractéristiques associées à des cratères d'impact lunaire de taille similaire (Figure\(\PageIndex{3}\)). Le cratère des météores est l'un des rares éléments d'impact sur Terre qui reste relativement intact ; certains cratères plus anciens sont tellement érodés que seul un œil averti peut les distinguer. Néanmoins, plus de 150 ont été identifiés. (Consultez la liste des sites en ligne suggérés à la fin de ce chapitre si vous souhaitez en savoir plus sur ces autres cicatrices dues aux impacts.)
Extinction massive
L'impact qui a produit le cratère Meteor aurait été dramatique pour tous les humains qui en auraient été témoins (à une distance de sécurité) puisque la libération d'énergie équivalait à celle d'une bombe nucléaire de 10 mégatonnes. Mais de telles explosions ne sont dévastatrices que dans les zones locales ; elles n'ont aucune conséquence mondiale. Des impacts beaucoup plus importants (et plus rares) peuvent toutefois perturber l'équilibre écologique de l'ensemble de la planète et ainsi influencer le cours de l'évolution.
Le grand impact le mieux documenté s'est produit il y a 65 millions d'années, à la fin de ce que l'on appelle aujourd'hui la période crétacée de l'histoire géologique. Cette période de l'histoire de la vie sur Terre a été marquée par une extinction massive, au cours de laquelle plus de la moitié des espèces de notre planète se sont éteintes. Il existe une douzaine d'extinctions massives ou plus dans les archives géologiques, mais cet événement particulier (surnommé la « grande mort ») a toujours intrigué les paléontologues car il marque la fin de l'ère des dinosaures. Pendant des dizaines de millions d'années, ces grandes créatures ont prospéré et dominé. Puis, elles ont soudainement disparu (ainsi que de nombreuses autres espèces), et par la suite, les mammifères ont commencé à se développer et à se diversifier, ce qui nous a finalement tous conduits.
L'objet qui est entré en collision avec la Terre à la fin du Crétacé a heurté une mer peu profonde dans ce qui est aujourd'hui la péninsule du Yucatán au Mexique. Sa masse devait être supérieure à un billion de tonnes, déterminée à partir de l'étude d'une couche mondiale de sédiments déposée par le nuage de poussière qui a enveloppé la planète après son impact. Identifiée pour la première fois en 1979, cette couche de sédiments est riche en iridium, un métal rare, et en d'autres éléments relativement abondants dans les astéroïdes et les comètes, mais extrêmement rares dans la croûte terrestre. Même s'il a été dilué par le matériau que l'explosion a extrait de la surface de la Terre, cette composante cosmique peut toujours être identifiée. De plus, cette couche de sédiments contient de nombreux minéraux caractéristiques des températures et des pressions d'une gigantesque explosion.
L'impact qui a entraîné l'extinction des dinosaures a libéré de l'énergie équivalente à 5 milliards de bombes nucléaires de la taille d'Hiroshima et a creusé un cratère de 200 kilomètres de large et suffisamment profond pour pénétrer à travers la croûte terrestre. Ce grand cratère, baptisé Chicxulub pour une petite ville proche de son centre, a ensuite été enfoui dans des sédiments, mais ses contours peuvent encore être identifiés (Figure\(\PageIndex{4}\)). L'explosion qui a créé le cratère Chicxulub a soulevé environ 100 billions de tonnes de poussière dans l'atmosphère. Nous pouvons déterminer cette quantité en mesurant l'épaisseur de la couche de sédiments qui s'est formée lorsque cette poussière s'est déposée à la surface.
Une telle quantité de matière en suspension dans l'air aurait complètement bloqué la lumière solaire, plongeant la Terre dans une période de froid et d'obscurité qui a duré plusieurs mois. De nombreuses plantes dépendantes de la lumière solaire seraient mortes, laissant les animaux mangeurs de plantes sans nourriture. Parmi les autres effets mondiaux, citons des incendies à grande échelle (provoqués par les débris chauds et volants de l'explosion) qui ont détruit une grande partie des forêts et des prairies de la planète, et une longue période pendant laquelle l'eau de pluie du monde entier était acide. Ce sont ces effets environnementaux, plutôt que l'explosion elle-même, qui sont à l'origine de l'extinction massive, y compris la disparition des dinosaures.
Impacts et évolution de la vie
Il devient évident que de nombreuses extinctions massives, peut-être la plupart, de la longue histoire de la Terre ont été causées par diverses autres causes, mais dans le cas du tueur de dinosaures, l'impact cosmique a certainement joué un rôle critique et a peut-être été la « goutte d'eau » d'une série de perturbations climatiques qui ont entraîné le » C'est une belle mort. »
Une catastrophe pour un groupe d'êtres vivants peut toutefois créer des opportunités pour un autre groupe. Après chaque extinction massive, il y a une explosion évolutive soudaine au fur et à mesure que de nouvelles espèces se développent pour remplir les niches écologiques ouvertes par l'événement. Il y a 65 millions d'années, nos ancêtres, les mammifères, ont commencé à prospérer lorsque tant d'autres espèces se sont éteintes. Nous sommes les heureux bénéficiaires de ce processus.
Les impacts des comètes et des astéroïdes sont les seuls mécanismes que nous connaissons qui pourraient provoquer des catastrophes véritablement mondiales et influencer sérieusement l'évolution de la vie sur toute la planète. Comme l'a fait remarquer le paléontologue Stephen Jay Gould de Harvard, une telle perspective change fondamentalement notre vision de l'évolution biologique. Les principaux enjeux pour la survie d'une espèce doivent désormais inclure plus que sa capacité à concurrencer d'autres espèces et à s'adapter à des environnements qui évoluent lentement, comme le prévoit l'idée de sélection naturelle de Darwin. Une capacité à survivre à des catastrophes mondiales aléatoires dues à des impacts est également requise.
Encore plus tôt dans son histoire, la Terre a été soumise à des impacts encore plus importants dus aux débris laissés par la formation de la planète. Nous savons que la Lune a été frappée à plusieurs reprises par des objets de plus de 100 kilomètres de diamètre, soit 1 000 fois plus massifs que l'objet qui a détruit la majeure partie de la vie terrestre il y a 65 millions d'années. La Terre doit avoir subi des impacts similaires au cours de ses 700 premiers millions d'années d'existence. Certaines d'entre elles ont probablement été suffisamment violentes pour priver la planète de la plus grande partie de son atmosphère et détruire ses océans. De tels événements stériliseraient la planète et détruiraient toute vie qui avait commencé. La vie s'est peut-être formée et a été anéantie plusieurs fois avant que nos propres ancêtres microbiens ne s'installent il y a environ 4 milliards d'années.
Le fait que les plus anciens microbes survivants sur Terre soient des thermophiles (adaptés aux très hautes températures) peut également s'expliquer par des impacts aussi importants. Un impact un peu trop faible pour stériliser la planète aurait tout de même détruit tout ce qui vivait dans des environnements que nous considérons comme « normaux », et seules les créatures adaptées aux températures élevées survivraient. Ainsi, les plus anciennes formes de vie terrestres survivantes sont probablement les vestiges d'une sorte de goulot d'étranglement évolutif causé par des impacts importants répétés au début de l'histoire de la planète.
Des répercussions sur notre avenir ?
Les impacts d'astéroïdes et de comètes qui ont eu une telle influence sur la vie n'appartiennent pas nécessairement au passé. Dans toute l'histoire de la planète, il y a 65 millions d'années, c'était hier. La Terre tourne en fait autour du Soleil dans une sorte de stand de tir cosmique, et bien que les impacts majeurs soient rares, ils ne sont pas terminés. L'humanité pourrait subir le même sort que les dinosaures, ou perdre une ville à cause d'impacts beaucoup plus fréquents, comme celui de Tunguska, à moins que nous ne trouvions un moyen de prévoir le prochain impact majeur et de protéger notre planète. Le fait que notre système solaire abrite de très grandes planètes sur des orbites extérieures peut nous être bénéfique ; les champs gravitationnels de ces planètes peuvent être très efficaces pour attirer les débris cosmiques et nous protéger contre des impacts plus importants et plus fréquents.
À partir des années 1990, quelques astronomes ont commencé à analyser le risque d'impact cosmique et à persuader le gouvernement de soutenir la recherche d'astéroïdes potentiellement dangereux. Plusieurs télescopes à champ large, petits mais sophistiqués, sont désormais utilisés pour cette recherche, appelée NASA Spaceguard Survey. Nous savons déjà qu'il n'y a actuellement aucun astéroïde sur une trajectoire de collision avec la Terre d'une taille aussi grande (10 à 15 kilomètres) que celui qui a tué les dinosaures. L'enquête Spaceguard se concentre désormais sur la recherche de petits impacteurs potentiels. En 2015, les recherches avaient permis de détecter plus de 15 000 astéroïdes géocroiseurs, dont la plupart mesuraient plus d'un kilomètre. Aucune de celles découvertes jusqu'à présent ne présente de danger pour nous. Bien entendu, nous ne pouvons pas faire une déclaration similaire à propos des astéroïdes qui n'ont pas encore été découverts, mais ceux-ci seront découverts et évalués un par un en fonction de leur danger potentiel. Ces études d'astéroïdes sont l'un des rares projets réellement de vie ou de mort réalisés par des astronomes, susceptibles de contribuer à sauver notre planète des impacts majeurs futurs.
L'échelle des risques d'impact de Turin est une méthode permettant de catégoriser les risques d'impact associés aux objets géocroiseurs tels que les astéroïdes et les comètes. Il s'agit d'un outil de communication permettant aux astronomes et au public d'évaluer la gravité des prévisions de collision en combinant les statistiques de probabilité et les potentiels de dommages cinétiques connus dans une seule valeur de menace.
Le calculateur « Impact : Earth » de l'université Purdue vous permet de saisir les caractéristiques d'un astéroïde qui approche afin de déterminer l'effet de son impact sur notre planète.
Résumé
La Terre, comme la Lune et d'autres planètes, a été influencée par les impacts des débris cosmiques, notamment par des exemples récents tels que le cratère des météores et l'explosion de Tunguska. Des impacts passés plus importants sont impliqués dans certaines extinctions massives, notamment l'impact important survenu il y a 65 millions d'années, à la fin du Crétacé, qui a anéanti les dinosaures et de nombreuses autres espèces. Aujourd'hui, les astronomes s'efforcent de prévoir le prochain impact à l'avance, tandis que d'autres scientifiques s'intéressent à l'effet des impacts sur l'évolution et la diversité de la vie sur Terre.
Lexique
- extinction de masse
- la disparition soudaine dans les archives fossiles d'un grand nombre d'espèces vivantes, pour être remplacées par des fossiles de nouvelles espèces dans les couches suivantes ; les extinctions massives sont des indicateurs de changements catastrophiques de l'environnement, tels que ceux qui pourraient être produits par un impact important sur la Terre