14.2 : Météorites, pierres du ciel
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Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Expliquer l'origine des météorites et la différence entre un météore et une météorite
- Décrivez comment la plupart des météorites ont été découvertes
- Expliquer en quoi les météorites pierreuses primitives sont très différentes des autres types
- Expliquez comment l'étude des météorites permet de mieux comprendre l'âge du système solaire.
Tout fragment de débris interplanétaires qui survit à son plongeon ardent dans l'atmosphère terrestre est appelé météorite. Les météorites ne tombent que très rarement dans une seule localité, mais des milliers de météorites tombent chaque année sur l'ensemble de la Terre. Certaines météorites sont solitaires, mais bon nombre d'entre elles sont des fragments provenant de la désintégration dans l'atmosphère d'un seul objet plus gros. Ces roches du ciel témoignent de façon remarquable de la formation et des débuts de l'histoire du système solaire.
Origine extraterrestre des météorites
Des météorites occasionnelles ont été découvertes tout au long de l'histoire, mais leur origine extraterrestre n'a été acceptée par les scientifiques qu'au début du XIXe siècle. Avant cela, ces étranges pierres étaient soit ignorées, soit considérées comme ayant une origine surnaturelle.
Les chutes des premières météorites découvertes se perdent dans le brouillard de la mythologie. Un certain nombre de textes religieux parlent de pierres venues du ciel, qui arrivaient parfois au bon moment pour frapper les ennemis des auteurs de ces textes. Au moins une météorite sacrée a apparemment survécu sous la forme de la Kaaba, la pierre noire sacrée de La Mecque que l'islam vénère comme une relique de l'époque des patriarches, bien que, naturellement, aucun fragment de cette pierre sacrée n'ait fait l'objet d'une analyse chimique détaillée.
L'histoire scientifique moderne des météorites commence à la fin du XVIIIe siècle, lorsque quelques scientifiques ont suggéré que certaines pierres d'apparence étrange avaient une composition et une structure si particulières qu'elles n'étaient probablement pas d'origine terrestre. L'idée selon laquelle « des pierres tombent du ciel » n'a été généralement acceptée qu'après qu'une équipe scientifique dirigée par le physicien français Jean-Baptiste Biot a étudié une chute bien observée en 1803.
Les météorites tombent parfois en groupes ou en averses. Une telle chute se produit lorsqu'un seul objet plus gros se décompose lors de son passage violent dans l'atmosphère. Il est important de se rappeler qu'une telle pluie de météorites n'a rien à voir avec une pluie de météores. Aucune météorite n'a jamais été découverte en association avec des pluies de météores. Quelle que soit la source ultime des météorites, elles ne semblent pas provenir des comètes ou des flux de particules associés.
Chutes et découvertes de météorites
Les météorites sont détectées de deux manières. Tout d'abord, on observe parfois des météores brillants (boules de feu) pénétrer dans l'atmosphère à basse altitude. Si nous fouillons la zone située sous le point où la boule de feu a brûlé, nous pouvons trouver un ou plusieurs vestiges qui ont atteint le sol. En d'autres termes, les chutes de météorites observées peuvent permettre de récupérer les météorites tombées. (Quelques météorites ont même touché des bâtiments ou, très rarement, des personnes ; voir l'encadré Making Connections : Some Striking Meteorites ci-dessous). La boule de feu de Tcheliabinsk de 2013, dont nous avons parlé dans le chapitre sur les comètes et les astéroïdes : débris du système solaire, a produit des dizaines de milliers de petites météorites, dont beaucoup sont faciles à trouver car ces pierres noires sont tombées sur la neige.
Il existe cependant de nombreuses fausses alarmes concernant les chutes de météorites. La plupart des observateurs d'une boule de feu éclatante concluent qu'une partie de celle-ci a touché le sol, mais c'est rarement le cas. Tous les deux ou trois mois, les médias signalent qu'une météorite a été impliquée dans le déclenchement d'un incendie. De telles histoires se sont toujours révélées fausses. La météorite est glaciale dans l'espace, et la majeure partie de son intérieur reste froide même après sa brève plongée dans l'atmosphère. Une météorite fraîchement tombée est plus susceptible d'acquérir une couche de givre que de provoquer un incendie.
Les gens découvrent parfois des roches d'apparence inhabituelle qui se révèlent être des météorites ; ces roches sont appelées « découvertes de météorites ». Maintenant que le public a pris conscience des météorites, de nombreux fragments inhabituels, qui ne proviennent pas tous de l'espace, sont envoyés à des experts chaque année. Certains scientifiques classent ces objets en deux catégories : les « météorites » et les « torts de météorite ». En dehors de l'Antarctique (voir le paragraphe suivant), de véritables météorites apparaissent à un rythme moyen d'environ 25 par an. La plupart d'entre eux se retrouvent dans les musées d'histoire naturelle ou les laboratoires météorologiques spécialisés du monde entier (Figure\(\PageIndex{1}\)).
Depuis les années 1980, les sources en Antarctique ont considérablement amélioré nos connaissances sur les météorites. Plus de dix mille météorites ont été récupérées dans l'Antarctique à la suite du mouvement de la glace dans certaines parties de ce continent (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les météorites qui tombent dans les régions où la glace s'accumule sont enterrées puis transportées lentement vers d'autres zones où la glace s'use progressivement. Après des milliers d'années, la roche se retrouve à nouveau à la surface, avec d'autres météorites transportées vers ces mêmes endroits. La glace concentre ainsi les météorites tombées à la fois sur une grande surface et sur une longue période. Une fois à la surface, les roches se détachent de la glace et sont donc plus faciles à repérer qu'à d'autres endroits de notre planète rocheuse.
quelques météorites saisissantes
Bien que des météorites tombent régulièrement à la surface de la Terre, peu d'entre elles ont un impact important sur la civilisation humaine. Il y a tellement d'eau et de terres inhabitées sur notre planète que les roches de l'espace tombent généralement là où personne ne les voit descendre. Mais étant donné le nombre de météorites qui atterrissent chaque année, vous ne serez peut-être pas surpris que quelques-unes aient heurté des bâtiments, des voitures et même des personnes. En septembre 1938, par exemple, une météorite a plongé à travers le toit du garage d'Edward McCain, où elle s'est incrustée dans le siège de son Coupé Pontiac (Figure\(\PageIndex{3}\)).
En novembre 1982, Robert et Wanda Donahue de Wethersfield, dans le Connecticut, regardaient M*A*S*H* à la télévision lorsqu'une météorite de 6 livres a tonné à travers leur toit, creusant un trou dans le plafond du salon. Après avoir rebondi, il s'est finalement immobilisé sous la table de leur salle à manger.
Michelle Knapp, 18 ans, de Peekskill, New York, a eu une surprise un matin d'octobre 1992. Elle venait d'acheter sa toute première voiture, la Chevy Malibu 1980 de sa grand-mère. Mais elle s'est réveillée et a découvert son extrémité arrière mutilée et un cratère dans l'allée familiale, grâce à une météorite de 3 livres. Michelle ne savait pas si elle devait être dévastée par la perte de sa voiture ou ravie par toute l'attention médiatique.
En juin 1994, Jose Martin et sa femme quittaient Madrid, en Espagne, pour des vacances de golf lorsqu'une météorite de la taille d'un poing s'est écrasée sur le pare-brise de leur voiture, a rebondi sur le tableau de bord, s'est cassé le petit doigt de Jose, puis a atterri sur le siège arrière. Avant Martin, la personne la plus récente connue pour avoir été frappée par une météorite était Annie Hodges de Sylacauga, en Alabama. En novembre 1954, elle faisait la sieste sur un canapé lorsqu'une météorite est entrée par le toit, a rebondi sur un grand poste de radio et l'a frappée d'abord au bras, puis à la jambe.
La boule de feu qui a explosé à une altitude d'environ 20 kilomètres près de la ville russe de Tcheliabinsk le 15 février 2013 a produit une très grande pluie de météorites et de nombreuses petites pierres ont touché des bâtiments. Cependant, aucune météorite n'est connue pour avoir touché des personnes, et les météorites individuelles étaient si petites qu'elles n'ont pas causé beaucoup de dégâts, encore moins que l'onde de choc provoquée par l'explosion de la boule de feu, qui a brisé la vitre de milliers de fenêtres.
Classification des météorites
Les météorites de nos collections ont une composition et une histoire très diverses, mais elles ont traditionnellement été classées en trois grandes catégories. Tout d'abord, les fers, composés de nickel-fer métallique presque pur. Ensuite, il y a les pierres, terme utilisé pour désigner toute météorite silicatée ou rocheuse. Troisièmement, les fers à pierre plus rares, fabriqués (comme leur nom l'indique) à partir de mélanges de pierre et de fer métallique (Figure\(\PageIndex{4}\)).
De ces trois types, les fers et les fers à pierre sont les plus manifestement extraterrestres en raison de leur contenu métallique. Le fer pur n'est presque jamais présent naturellement sur Terre ; on le trouve généralement ici sous forme d'oxyde (combiné chimiquement à l'oxygène) ou d'un autre minerai minéral. Par conséquent, si vous tombez sur un morceau de fer métallique, il s'agit certainement d'un morceau de fer artificiel ou d'une météorite.
Les pierres sont beaucoup plus communes que les fers mais plus difficiles à reconnaître. Des analyses en laboratoire sont souvent nécessaires pour démontrer qu'un échantillon particulier est réellement d'origine extraterrestre, en particulier s'il est resté sur le sol pendant un certain temps et a été soumis à des intempéries. Les pierres les plus précieuses sur le plan scientifique sont celles collectées immédiatement après leur chute, ou les échantillons de l'Antarctique conservés dans un état presque vierge par la glace.
\(\PageIndex{1}\)Le tableau résume les fréquences d'occurrence des différentes classes de météorites dans les catégories « chute », « découverte » et « Antarctique ».
| Classe | Chutes (%) | Trouve (%) | Antarctique (%) |
|---|---|---|---|
| Pierres primitives | 88 | 51 | 85 |
| Pierres différenciées | 8 | 2 | 12 |
| Fers | 3 | 42 | 2 |
| Fers à repasser | 1 | 5 | 1 |
Âges et compositions des météorites
Ce n'est que lorsque l'âge des météorites a été mesuré et que leur composition a été analysée en détail que les scientifiques ont compris leur véritable signification. Les météorites contiennent les matériaux les plus anciens et les plus primitifs disponibles pour une étude directe en laboratoire. L'âge des météorites pierreuses peut être déterminé à partir de mesures minutieuses des isotopes radioactifs et de leurs produits de désintégration. Presque toutes les météorites ont un âge radioactif compris entre 4,50 et 4,56 milliards d'années, aussi vieux que tous les âges que nous avons mesurés dans le système solaire. Les quelques plus jeunes exceptions sont les roches ignées qui ont été éjectées lors de cratères sur la Lune ou sur Mars (et qui se sont dirigées vers la Terre).
L'âge moyen des météorites les plus primitives, calculé à l'aide des valeurs les plus précises actuellement disponibles pour les demi-vies radioactives, est de 4,56 milliards d'années, avec une incertitude de moins de 0,01 milliard d'années. Cette valeur (que nous arrondissons à 4,5 milliards d'années dans ce livre) est prise pour représenter l'âge du système solaire, c'est-à-dire le temps écoulé depuis que les premiers solides se sont condensés et ont commencé à se former en corps plus grands.
La classification traditionnelle des météorites en fers, pierres et fers à pierre est facile à utiliser car l'inspection permet de déterminer clairement à quelle catégorie appartient une météorite (bien qu'il puisse être beaucoup plus difficile de distinguer une pierre météorique d'une roche terrestre). La distinction entre les météorites primitives et différenciées est toutefois plus significative sur le plan scientifique. Les météorites différenciées sont des fragments de corps parents plus grands qui ont fondu avant leur rupture, ce qui a permis aux matériaux les plus denses (tels que les métaux) de s'enfoncer jusqu'à leur centre. Comme de nombreuses roches sur Terre, elles ont fait l'objet d'un certain remaniement chimique, les différents matériaux étant triés en fonction de leur densité. Les météorites différenciées comprennent les fers, qui proviennent des noyaux métalliques de leur corps d'origine ; les fers pierreux, qui proviennent probablement de régions situées entre un noyau métallique et un manteau pierreux ; et certaines pierres composées de matériaux du manteau ou de la croûte provenant de leurs corps parents différenciés.
Les météorites les plus primitives
Pour plus d'informations sur l'histoire ancienne du système solaire, nous nous tournons vers les météorites primitives, c'est-à-dire celles fabriquées à partir de matériaux qui n'ont pas été soumis à de fortes chaleurs ou pressions depuis leur formation. Nous pouvons examiner le spectre de la lumière solaire réfléchie par les astéroïdes et comparer leur composition à celle des météorites primitives. Une telle analyse indique que leurs corps parents sont presque certainement des astéroïdes. Comme les astéroïdes sont considérés comme des fragments issus du processus de formation du système solaire, il est logique qu'ils soient les corps parents des météorites primitives.
La grande majorité des météorites qui atteignent la Terre sont des pierres primitives. Beaucoup d'entre elles sont composées de silicates gris clair auxquels sont mélangés des grains métalliques, mais il existe également un groupe important de pierres plus foncées appelées météorites carbonées. Comme leur nom l'indique, ces météorites contiennent du carbone, mais on y trouve également diverses molécules organiques complexes, des substances chimiques à base de carbone, qui sont les éléments chimiques de base de la vie sur Terre. De plus, certains d'entre eux contiennent de l'eau liée chimiquement et beaucoup sont appauvris en fer métallique. Les astéroïdes carbonés (ou de type C) sont concentrés dans la partie extérieure de la ceinture d'astéroïdes.
Parmi les plus utiles de ces météorites, citons la météorite Allende qui est tombée au Mexique (voir Figure\(\PageIndex{4}\)), la météorite Murchison qui est tombée en Australie (toutes deux en 1969) et la météorite du lac Tagish qui s'est posée dans une congère hivernale sur le lac Tagish, au Canada, en 2000. (Les fragments fragiles de matière sombre provenant de la météorite du lac Tagish étaient facilement visibles sur la neige blanche, bien qu'ils aient d'abord été confondus avec des excréments de loups.)
La météorite Murchison (Figure\(\PageIndex{5}\)) est connue pour la variété de produits chimiques organiques qu'elle a produits. La plupart des composés carbonés présents dans les météorites carbonées sont des substances complexes ressemblant à du goudron qui défient toute analyse exacte. Murchison contient également 16 acides aminés (les éléments constitutifs des protéines), dont 11 sont rares sur Terre. La chose la plus remarquable à propos de ces molécules organiques est qu'elles comprennent des nombres égaux avec une symétrie moléculaire pour droitiers et gauchers. Les acides aminés peuvent avoir l'un ou l'autre type de symétrie, mais toute la vie sur Terre a évolué en utilisant uniquement les versions gauchères pour fabriquer des protéines. La présence des deux types d'acides aminés démontre clairement que ceux des météorites étaient d'origine extraterrestre.
Ces acides aminés naturels et d'autres molécules organiques complexes de Murchison, qui se sont formés sans bénéficier de l'environnement protecteur de la planète Terre, montrent qu'une grande partie de la chimie a dû se produire lors de la formation du système solaire. Si tel est le cas, peut-être que certains des éléments moléculaires de la vie sur Terre ont d'abord été fournis par des météorites et des comètes primitives. C'est une idée intéressante car notre planète était probablement beaucoup trop chaude pour que des matières organiques puissent survivre à ses débuts. Mais une fois la surface de la Terre refroidie, les fragments d'astéroïde et de comète qui l'ont projetée auraient pu rafraîchir son approvisionnement en matières organiques.
Concepts clés et résumé
Les météorites sont des débris provenant de l'espace (principalement des fragments d'astéroïdes) qui survivent jusqu'à la surface de la Terre. Les météorites sont appelées découvertes ou chutes selon la façon dont elles sont découvertes ; la source la plus productive aujourd'hui est la calotte glaciaire de l'Antarctique. Les météorites sont classées comme des fers, des fers à pierre ou des pierres en fonction de leur composition. La plupart des pierres sont des objets primitifs, datés de l'origine du système solaire il y a 4,5 milliards d'années. Les plus primitives sont les météorites carbonées, telles que Murchison et Allende. Ils peuvent contenir un certain nombre de molécules organiques (riches en carbone).
Lexique
- météorite de fer
- une météorite composée principalement de fer et de nickel
- météorite
- une partie d'un météore qui survit à son passage dans l'atmosphère et touche le sol
- météorite pierreuse
- une météorite composée principalement de matériaux pierreux, primitifs ou différenciés
- météorite en fer pierreux
- un type de météorite différenciée qui est un mélange de nickel-fer et de silicate