La fin du Crétacé, il y a 66 millions d'années, était une période difficile pour vivre sur Terre.
Trois catastrophes mondiales se sont produites presque simultanément: la météorite Chicxulub s'est écrasée dans ce qui est aujourd'hui la péninsule du Yucatan au Mexique, l'énorme province volcanique de Deccan Traps dans l'Inde moderne a éclaté, et environ trois quarts des plantes et des animaux de la Terre, y compris tous les dinosaures non aviaires, s'est éteint. La survenue de ces trois événements au même moment de l'histoire de notre planète a alimenté un débat de plusieurs décennies sur les liens de causalité. Une grande séquence d'éruptions volcaniques ou un impact extraterrestre pourrait éventuellement entraîner une extinction de masse - mais étaient-ils tous liés d'une manière ou d'une autre?
En tant que scientifiques de la Terre, nous avons des raisons de croire qu’il pourrait y avoir un autre événement à ajouter à la liste. Notre nouvelle recherche, publiée dans Science Advances, montre que l’impact du Chicxulub pourrait avoir déclenché une activité volcanique supplémentaire loin des pièges du Deccan, le long de dizaines de milliers de kilomètres de crêtes volcaniques sous-marines situées au bord des plaques tectoniques. L’impact de la météorite a provoqué de grandes vagues sismiques qui ont parcouru le globe et qui étaient apparemment capables de chasser le magma du manteau et de l’enfoncer dans la croûte océanique. Ce serait probablement plus une mauvaise nouvelle pour les dinosaures et les autres espèces de la flore et de la faune de l’époque.
**********
Il est bien connu que l’activité sismique peut déclencher divers phénomènes hydrologiques, et parfois même des éruptions volcaniques. À la suite d'importants séismes à proximité, les ruisseaux asséchés peuvent commencer à couler, les niveaux des puits peuvent monter ou descendre et des geysers peuvent parfois exploser. La sismicité déclenche également une activité volcanique, mais uniquement lorsque les conditions sont optimales: il ne s'agit que d'environ 0, 4% des éruptions volcaniques explosives pouvant être déclenchées par de grands tremblements de terre.
L'énorme tremblement de terre provoqué par le crash de la météorite Chicxulub pourrait-il être lié aux éruptions en cours dans les pièges du Deccan? Cette province volcanique couvrait une grande partie de l'Inde avec des coulées de lave en moins d'un million d'années. Une équipe de chercheurs dirigée par Berkeley et dirigée par l'Université de Californie (dont l'un d'entre nous, Leif Karlstrom) a réexaminé la possibilité d'un lien entre ces deux événements.
Les efforts les plus récents pour dater ces éruptions ont clairement montré que les pièges du Deccan ont commencé à cracher de la lave avant l’impact de la météorite et l’extinction massive. Mais l'étude menée par Berkeley suggère que l'impact du Chicxulub a déclenché une augmentation rapide du taux d'éruption. Si cela était vrai, les trois événements pourraient éventuellement être liés: L'impact serait suivi d'une activité volcanique accélérée qui pourrait contribuer à l'extinction de masse.
La lave sous-marine coule entre les plaques tectoniques, comme dans Axial Seamount, où elle repose sur de vieilles laves. (Bill Chadwick, Université d’État de l’Oregon, et ROV Jason, Institution océanographique Woods Hole, CC BY-ND) **********
Si l'hypothèse de déclenchement par impact est correcte, nous nous attendrions à ce que d'autres systèmes volcaniques soient également déclenchés.
À tout moment, la grande majorité de l'activité volcanique sur Terre ne se produit pas lors d'inondations de magma recouvrant un continent, ni lors d'explosions comme celle du mont St. Helens. C’est sur le fond marin, où les plaques tectoniques s’écartent. Lorsque la croûte terrestre se scinde, la couche du manteau, essentiellement solide, remonte pour combler l'espace créé. Il fond à mesure qu'il se décompresse en montant.
Illustration d'une crête au centre de l'océan, avec du magma sortant du manteau et traversant la croûte à la limite des plaques tectoniques. (Contexte, E. Paul Oberlander, Services graphiques de l’OMSI. Encadré, Bill Chadwick, Université de l’Oregon, et ROV Jason, Institution océanographique Woods Hole. Modifié par Joseph Byrnes, CC BY-ND) Ce nouveau magma s'infiltre à la surface et alimente une activité volcanique presque continue le long de ce que l'on appelle les dorsales médio-océaniques. Ce processus crée pratiquement toute la croûte au fond de l'océan. Les âges du fond marin étant relativement bien connus, il conserve un record d'activité volcanique océanique remontant à plus de 100 millions d'années. Cet enregistrement remarquable de l'activité volcanique crée une opportunité pour tester l'hypothèse de déclenchement.
Dans notre nouvelle étude, nous avons utilisé des ensembles de données accessibles au public pour enregistrer la structure du fond marin qui remonte à 100 millions d'années. Comme il existe de meilleures cartes topographiques pour Mars et Vénus que pour le fond marin de la Terre à l'échelle mondiale, nous avons été forcés d'utiliser des méthodes indirectes pour rechercher des variations dans les structures du fond marin.
Les variations minimes de l'intensité de la gravité à différents endroits, mesurées par les satellites, constituent l'outil de cartographie requis. Les zones qui présentent une quantité excessive de roches sur le fond de la mer, comme on peut s'y attendre en raison d'une activité volcanique accélérée, auront une mesure légèrement plus précise du champ gravitationnel de la Terre.
Le moment où les anomalies structurelles au fond de la mer sont les plus petites - indiquant 8% d’anomalies en masse de plus que la moyenne - a eu lieu il ya 66 millions d’années et coïncide avec l’âge de l’impact du météorite Chicxulub. (Byrnes et Karlstrom, Sci. Adv. 2018; 4: eaao2994, CC BY-ND) Nous avons ensuite examiné le compte rendu de ces «anomalies de gravité» afin de détecter tout changement rapide de la structure du fond marin. Nous avons constaté une abondance inhabituelle de ces petites anomalies structurelles sur le fond de la mer qui se sont produites dans les 1 million d'années qui ont suivi l'impact de Chicxulub. Les anomalies de gravité sont cohérentes avec des tas d'excès de matériaux d'environ 650 pieds de hauteur reposant sur un fond marin vieux de 66 millions d'années dans les océans Indien et Pacifique.
Le volume total de matériau en excès est difficile à cerner, car une grande quantité de magma aurait pu être injectée dans la croûte inférieure où elle aurait une signature gravitationnelle plus faible. Mais nous estimons qu’à peu près au moment de l’impact du Chicxulub, environ 23 000 à 230 000 milles cubes de magma ont surgi des dorsales médio-océaniques, partout dans le monde. Cela correspond aux événements éruptifs les plus importants de l'histoire de la Terre, qui compte 4, 5 milliards d'années, y compris les pièges du Deccan.
Les points marquent les zones du fond marin qui montrent des taux de propagation élevés au moment de l’impact du Chicxulub il ya 66 millions d’années. Les couleurs indiquent l'anomalie de gravité maximale dans les 2 degrés. (Byrnes et Karlstrom, Sci. Adv. 2018; 4: eaao2994, CC BY-ND) **********
Nos observations suggèrent la séquence d'événements suivante à la fin de la période crétacée. Il y a un peu plus de 66 millions d'années, les pièges du Deccan ont commencé à exploser, probablement à cause d'un panache de roches chaudes émergeant du noyau de la Terre, semblable en quelque sorte à ce qui se passe sous Hawaii ou Yellowstone aujourd'hui, qui a touché le côté de la plaque tectonique de l'Inde. Les dorsales et les dinosaures continuent leur activité normale.
Environ 250 000 ans plus tard, le Chicxulub frappe au large de ce qui deviendra le Mexique. L'impact provoque une perturbation massive du climat de la Terre, injectant des particules dans l'atmosphère qui finiront par se déposer dans une couche d'argile trouvée à travers la planète. Au lendemain de l'impact, l'activité volcanique s'accélère pendant des dizaines, voire des centaines de milliers d'années. Les dorsales médio-océaniques dégagent de grandes quantités de magma, tandis que les éruptions du Deccan Traps inondent la lave dans une grande partie du sous-continent indien. À la fin, les trois quarts des espèces végétales et animales de la Terre ont disparu; les seuls dinosaures restants sont la variété à plumes et volante, généralement appelée oiseaux.
Maintenant, l’objectif est d’affiner notre compréhension de chaque événement et de leurs interactions. L'activité de la dorsale océanique était-elle suffisante pour contribuer à l'extinction de masse ou le volcanisme sous-marin déclenché était-il simplement le symptôme d'une maladie planétaire plus grave? D'autres systèmes volcaniques ont-ils été déclenchés par l'impact du Chicxulub? Qui a joué un rôle plus important dans l’extinction: le volcanisme ou le météore?
Ce qui est clair, c’est que cette nouvelle recherche indique des liens à l’échelle mondiale entre les catastrophes, un bon rappel que les événements qui se produisent de l’autre côté de la planète peuvent avoir des effets partout.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Leif Karlstrom, professeur adjoint de sciences de la terre, Université de l'Oregon
Joseph Byrnes, associé postdoctoral en sciences de la Terre, Université du Minnesota
