Cratères d’Impact sur Terre
Jusqu’à tout récemment, les impacts par des corps extra-terrestres étaient considérés intéressant, mais n’étaient pas perçus comme un phénomène géologique important affectant la Terre. Notre concept de l’importance du processus d’impact a changé radicalement avec l’exploration planétaire, qui a montré que la majorité des surfaces planétaires sont parsemées de cratères. Il est maintenant évident, grace aux cratères qui ont gardés une portion de leur surface d'origine, que les impacts étaient un processus géologique dominant pendant le début de notre système solaire. Par exemple, les vielles surfaces lunaires sont saturées avec de structures d’impacts, produits par un bombardement au delà 100 fois plus grand que le flux présent de 4.6 à 3.9 milliards d’années passé. La Terre, faisant partie du système solaire, a été bombardée au même niveau que les autres planètes.
Sur la Terre, une variété d’effets possibles ont été attribués aux impacts. Présentement, la meilleure hypothèse pour l’origine de la Lune est l’impact d’un objet de la taille de Mars avec la proto-Terre. Ceci causa l’intersection du matériel vaporisé avec l’orbite de la Terre, qui se condensa et s’accrétionna pour former la Lune. La chaleur générée par les premiers impacts aurait pu mener au dégazement de la croute terrestre initiale, contribuant ainsi à l’atmosphère et l’hydrosphère primordial. En plus, les bolides aurait pu contribuer au budget des volatiles de la Terre. Ce bombardement précoce aurait pu rendre plus difficile le développement et l’évolution de la vie primitive, les plus gros impacts ayant la capacité de stériliser la surface du globe. Dans les temps géologiques plus récents, il y a évidence qu’au moins une extinction massive, notamment celle des dinosaures et de plusieurs autres espèces 65 millions d’années passé, est relié a des effets globaux causés par un impact majeur. Les impacts ont aussi une certaine valeur économique. Par exemple, les gisements de cuivre et de nickel à Sudbury, au Canada, sont probablement le résultat d’un grand impact 1850 millions d’années passé et plusieurs structures d’impact dans des roches sédimentaires ont fourni les réservoirs appropriés pour des gisements d'hydrocarbures économiques.
La majorité des cratères d’impacts terrestres qui ont été formés on toutefois été effacés par d’autres processus terrestres ou géologiques. Cependant, quelques exemples demeurent. À date, plus de 160 cratères d’impact ont été identifiés sur la Terre. Presque tous les cratères ont été reconnus depuis 1950 et quelques nouvelles structures sont découvertes chaque année.
La morphologie des cratères d'impact change avec le diamètre du cratère. Cette relation entre la taille et la morphologie est bien illustrée avec les cratères d’apparences récentes de la Lune. Seulement les plus petits cratères d'impact ont une forme de cuvette. A mesure que le diamètre de cratère augmente, l'effondrement des murs et le rebondissement intérieur du plancher enfoncé du cratère créent un terrassement de jante progressivement plus grand et des crêtes centrales. Avec les plus grands diamètres, la crête centrale simple est remplacée par un ou plusieurs d’anneaux maximaux, ayant pour résultat ce que l’on nomme généralement des bassins d'impact. On observe cette même progression dans la morphologie de cratère dans tout le système solaire, incluant sur la Terre; bien que, les cratères terrestres soient moins bien préservés et, par conséquent, plus difficiles à classifier. Une différence notable entre les cratères d'impact lunaires et terrestres est la gamme inférieure de diamètre pour chaque type morphologique sur la Terre. Cette différence est due à la gravité plus élevée sur la Terre.
Sur Terre, les principaux types de structures d'impact sont:
(1) structures simples, jusqu'à 4 kilomètres de diamètre, avec des roches de jante élevées et tournées, entourant une dépression en forme de cuvette, partiellement remplie par la brèche.
Alfrancus C - cratère d'impact simple de 10 kilomètres de diamètre sur la Lune (photographie panoramique 4616 d'appareil-photo d'Apollo 16).
(2) structures d'impact et bassins complexes, généralement 4 kilomètres ou plus de diamètre, de soulèvement central distinct sous forme de crête et/ou d'anneau, de cuvette annulaire, et une jante effondrée. Les intérieurs de ces structures sont partiellement remplis de la brèche et de roches fondues par l'impact.
Tycho - cratère d'impact complexe de 85 kilomètres de diamètre sur la Lune (photograghie lunaire 125M de la navette spatiale IV).
Schrödinger - bassin d'impact d'anneau de crête de 320 kilomètres de diamètre sur la lune (photograghie lunaire 9M de la navette spatiale IV).
Orientale - bassin de muti-anneau de 900 kilomètres de diamètre sur la Lune (photograghie lunaire 194M de la navette spatiale IV).
Des fragments de météorite sont typiquement trouvés aux plus petits cratères et ils sont rapidement détruits dans l'environnement terrestre. Pour les événements d'impact qui forment des cratères plus grands qu'approximativement 1 kilomètre en travers, les pressions et les températures produites par l’impact sont suffisantes pour complètement fondre et même vaporiser le bolide et une partie de la roche cible, cependant une petite fraction du bolide peut localement être préservée, même pour les plus grands impacts. La pression maximale produite par l'impact d'un corps pierreux (chondritique) dans une roche terrestre commune, telle que le granit, à 25 kilomètres par seconde (une vitesse raisonnable pour un impact astéroïde sur la Terre) est 900 GPa ou 9 millions de fois la pression atmosphérique. Dans ces cas-ci, l'identification d'une suite caractéristique de déformations de roches et de minerais, nommée "métamorphisme de choc", qui sont uniquement produites par des pressions extrêmes de choc, est indicative d'un impact. Les exemples des effets de choc incluent des ruptures coniques connues par le nom de cônes d'impact, caractéristiques microscopiques de déformation en minéraux, en particulier le développement de prétendus aspects planaires de déformation dans des minéraux de silicate tels que le quartz, l'occurrence de divers verres et de minéraux à haute pression, et de roches fondues par la chaleur intense de l'impact.
Morceau de cône d'impact de la structure d'impact de Carswell, Canada.
Effets métamorphiques de choc d'impact de météorite: (a) Cônes d'impact à la structure de Sudbury, Canada; (b) Photomicrographie des dispositifs planaires de déformation dans le quartz minéral; (c) Photomicrographie de formation de verre à semi-conducteurs (noir) dans le feldspath minéral; (d) restant épais de 80 m de la feuille de fonte d'impact de la structure de Mistastin, Canada.
Bien que le nombre de cratères d'impact connus sur Terre soit relativement petit, l'échantillon préservé est une ressource extrêmement importante pour comprendre ces phénomènes. Ils fournissent les seules vraies données actuellement disponibles et sont favorables à l'étude géologique, géophysique et géochimique. Les cratères d’impact de la Terre fournissent également des données importantes sur la structure de tels reliefs dans chacune des trois dimensions. Dans certains cas, la grande taille des cratères d'impact terrestres, jusqu'à approximativement 300 kilomètres de diamètre, exige une langue figurée orbital et l'observation pour fournir une vue globale de leurs structures et contexte à grande échelle.
La tendance de minimiser les processus d'impact comme facteur dans l'histoire géologique plus récente de la Terre a été sévèrement défié par l'interprétation, en 1980, que les sédiments de la frontière Crétacé-Tertiaires (K-T) dans le monde entier étaient dus à un événement d'impact important et que celui-ci était l'agent causal pour un événement d'extinction massive. L'acceptation de l'hypothèse d'impact K-T par la communauté plus générale de géoscience terrestre n'était pas immédiate et des polémiques et des discussions considérables ont été produites. Aujourd'hui, il y a peu de travailleurs qui nieraient qu'il y a de l’évidence diagnostique abondante qu'un événement d'impact important s'est produit à la frontière K-T. Cependant, il est juste de dire qu’il y a moins de consensus sur le rôle de l'impact dans l'événement d'extinction massive associé, quelques travailleurs ayant toujours de la difficulté à accepter des processus d’impact connexes comme cause.
Le signal d'impact de l'événement de K-T est reconnaissable globalement, parce que les grands événements d'impact ont la capacité de souffler un trou dans l'atmosphère au-dessus de l'emplacement de l'impact, permettant à quelques matériaux d'impact d'être dispersés globalement par les aérolithes d'impact qui se lèvent au-dessus de l'atmosphère. Ces matériaux ne dépendent pas des vents atmosphériques pour la dispersion et ont la capacité d'encercler le globe dans des périodes relativement courtes, avant de retourner éventuellement à la surface. Les calculs des modèles indiquent qu'il ne nécessite pas un événement de classe K-T, qui a produit la structure d'impact enterrée de 180 kilomètres de diamètre de Chicxulub dans le Yucatan, au Mexique, pour avoir comme conséquence le soufflage atmosphérique. Les événements d'impact relativement petits, ayant pour résultat des structures d'impact dans la gamme de taille de 20 kilomètres, peuvent produire un soufflage atmosphérique. Cependant, le K-T est présentement la seule frontière biostratigraphique avec un signal clair de la participation d'un événement d'impact à grande échelle. La participation de l'impact dans d'autres événements de frontière dans le disque stratigraphique terrestre a été suggérée mais peu d'évidence a été offerte.
La fréquence de l'impact en fonction de l'énergie, exprimé en Joules ou en Megatonnes TNT. Indiqués, sont un certain nombre d'impacts. Notez qu’un événement d'impact avec plus d’énergie que l'arsenal nucléaire du monde se produit sur une d'echelle de temps de moins qu’un million d'années.
À partir d’estimés du taux de l’impact météoritique terrestre, la fréquence des événements de classe K-T sur Terre est de l'ordre d'un tous les 50-100 millions d'années. Des événements plus petits, mais encore important, se produisent sur des échelles de temps plus courtes et affecteront le climat et la biosphère terrestres à des degrés variables. La formation des cratères d'impact aussi petits que 20 kilomètres a pu produire des réductions légères et des ruptures de la température semblables à celles d’un hiver nucléaire. De tels impacts se produisent sur Terre à une fréquence de deux ou trois fois tous les millions d'années. La structure connue la plus récente dans cette classe de grandeur est Zhamanshin au Kazaksthan, avec un diamètre de 15 kilomètres et d'un âge de 1 million d'années. Les impacts de cette grandeur ne sont pas susceptibles d’engendrer un effet sérieux sur la biosphère et causer des extinctions massives. Cependant, la composante la plus fragile de l'environnement actuel est une civilisation humaine moderne, qui dépend fortement d'une infrastructure organisée et technologiquement complexe pour sa survie. Bien que nous pensons rarement à la civilisation en termes de million d'années, il y a peu de doute que si la civilisation dure assez longtemps, elle souffrira sévèrement ou sera peut-être même détruite par un impact.
Les impacts peuvent également induire les changements chimiques dans l'atmosphère. Ceux-ci sont liés à la vaporisation du bolide et d'une partie de la cible. Considérant seulement la contribution du bolide, les calculs récents indiquent que même les bolides relativement petits, < 0,5 kilomètres de diamètre qui produisent des cratères d'impact sur l'échelle de 10 kilomètres de diamètre, injecteraient 5 fois plus de soufre dans la stratosphère que son contenu actuel. De plus grands événements, se produisant sur une échelle de temps d'un million d'années, injecteront assez de soufre pour produire une baisse de plusieurs degrés de température et d'un changement climatique important. Il y a des effets additionnels sur la chimie atmosphérique, y compris le potentiel pour la destruction de la couche d'ozone par choc, chauffant l'azote atmosphérique et l'injection des fluorures par le bolide vaporisé. Le seuil pour ces effets semble être sur l'échelle de temps de 100 000 années.
Dans les impacts marins, il y a également une autre considération, la génération d'un tsunami. Par exemple, un impact n'importe où dans l'Océan Atlantique par un corps 400 m de diamètre dévasterait les deux côtés de l'océan avec des jets de rive de plus de 60 m. Le tsunami de 1960, produit par un tremblement de terre Chilien de magnitude 8,6, est considéré comme étant le plus grand de ce siècle. Un tsunami 10 fois plus puissant produit par un impact se produit tous les quelques 1000 ans. Les petits bolides libèrent leur énergie dans l'atmosphère, comme un éclat d'air. La taille à laquelle ceci est excédé dépend de la force du bolide. Par exemple, les bolides de fer jusqu'à 20 m déposeront leur énergie dans l'atmosphère et n'atteindront pas la surface; tandis que, les comètes aussi grandes que 200 m déposèrent leur énergie dans l'atmosphère. De telles explosions d’air, heureusement, ne sont pas efficaces à fournir leur énergie à la Terre parce qu'une partie de l'énergie initiale est soufflée dans l'espace. L'événement de Tunguska en 1908 était dû à l'explosion atmosphérique d'un corps relativement petit, approximativement une dizaine de mètres, à une altitude de 10 kilomètres. On a estimé que l'énergie libéré est équivalente à 10-100 mégatonnes TNT. Bien que le jet d'air ait eu comme conséquence la dévastation de 2000 km carré de la forêt sibérienne (voir ci-dessous), il n’y a eu aucune perte de vie humaine due à la population très dispersée. Les événements tels que Tunguska se produisent sur une d'échelle d’une centaine d’années.
Dévastation à 8 km du centre de l’évenement de Tunguska en 1908, qui était le résultat de l’éxplosion d’un petit astéroide dans l’atmosphère. Ces évenements ont lieu sur une échelle de quelques centaines d’années.
L’on doit se rappeler que les impacts sont un processus aléatoire non seulement dans l'espace mais également dans le temps. Le prochain grand impact avec la Terre pourrait être un impact produisant un hiver nucléaire ou même d'un événement de classe K-T. Pour souligner ce point, en mars 1989 un corps astéroïdal appelé 1989 FC passés à moins de 700000 kilomètres de la Terre. Ce corps croisant la Terre n'a pas été découvert jusqu'à ce qu'il ait passé la Terre. On estime qu’il est dans la gamme de taille de 0.5 km et capable de produire un cratère de la taille de Zhamanshin ou un tsunami dévastateur. Bien que 700000 kilomètres soient une distance considérable, il traduit à un manque de la Terre de seulement quelques heures, quand des vitesses orbitales sont considérées. Actuellement, aucun système ou procédure est en place, spécifiquement pour atténuer les effets d'un impact.
Basé sur un article apparaissant dans Scientific American (Grieve, 1990)
C.R. Chapman and D. Morrison, 1989, Cosmic Catastrophes, Plenum Press, New York, 302 p.
B.M. French, 1998, Traces of Catastrophe, Lunar and Planetary Institute, Houston, Tx, 120 p. Online version of Traces of Catastrophe (Adobe Acrobat)
T. Gehrels (ed.), 1994, Hazards due to Comets and Asteroids. Univ. Arizon Press, Tucson, 1300 p.
R.A.F. Grieve, 1990, Impact cratering on the Earth, Scientific American, v. 262, 66-73.
A.R. Hildebrand, 1993, The Cretaceous/Tertiary boundary impact (or the dinosaurs didn't have a chance): Journal of the Royal Astronomical Society of Canada, v. 87, p. 77-118