Cratère de Chicxulub

À l'aube des années 1980[8], l'existence d'une fine strate noire d'argile de quelques millimètres d'épaisseur a été remarquée dans certaines couches géologiques, entre les strates du Crétacé et du Tertiaire : la limite Crétacé-Tertiaire (K-T), aujourd'hui appelée limite Crétacé-Paléogène (K-Pg). Cette limite géologique est visible en divers points du globe, ce qui implique un phénomène important de niveau planétaire, et elle présente un taux anormal d'iridium[9]. La présence de cet élément est extrêmement rare sur Terre, mais il est plus abondant dans certaines météorites[9]. Si on trouve d'infimes quantités d'iridium dans les roches sédimentaires terrestres, c'est surtout dû à la fine pluie de micrométéorites qui arrivent régulièrement sur notre planète. Or des analyses de la teneur en iridium de la mince couche K/T montrent des résultats près de cent fois supérieurs ; il a alors été théorisé la chute d’une importante météorite à cette période[10].

À la même époque, la guerre froide incitait à réfléchir à la notion d’« hiver nucléaire » : un hiver mondial de plusieurs années que provoquerait l'explosion, dans un très bref laps de temps, de milliers d’armes nucléaires projetant des millions de tonnes de poussières dans l’atmosphère, et la refroidissant par absorption et réfraction du rayonnement solaire. Par extension, on a émis l’hypothèse d’un « hiver d'impact », aux effets similaires, provoqué par la chute d'une météorite[11].

Mais le cratère de cette hypothétique météorite restait à découvrir. En 1981, deux chercheurs, employés par la société pétrolière mexicaine Pemex, reçurent l'autorisation de leur direction de communiquer leurs résultats lors d'un symposium sur la recherche pétrolière tenu à Los Angeles, n'hésitant pas à suggérer que la présence de l'astroblème de Chicxulub (connu des prospecteurs de pétrole) pourrait être lié à la grande extinction de la fin du Crétacé[12].

Le physicien américain Luis Walter Alvarez, son fils géologue Walter Alvarez[13], le chimiste nucléaire Frank Asaro et la chimiste et archéologue Helen Vaughn Michel ont émis l'hypothèse selon laquelle la chute de cette météorite à la fin du Crétacé, il y a environ 66 millions d'années, fut la principale cause d'un bouleversement climatique à l'origine de l'extinction des dinosaures non aviens et d'un grand nombre d'autres espèces animales et végétales, tant terrestres que marines[14]. La meilleure datation actuelle porte la chute de cette météorite à environ 66 038 000 années[15]^,[16].

Animation montrant l'impact et la formation du cratère.

L'impacteur Chicxulub avait un diamètre estimé de 11 à 81 km et a délivré une énergie estimée entre 1,3 et 58 × 10²⁴ J (1,3–58 yottajoules), soit 21 à 921 milliards de fois la bombe de Hiroshima[1]. À titre de comparaison, cela représente jusqu'à environ 100 millions de fois l'énergie libérée par la Tsar Bomba, « bombe H » qui reste l'explosif artificiel le plus puissant ayant jamais détoné, qui a libéré 210 pétajoules (2,1 × 10¹⁷ J, ou 50 mégatonnes de TNT).

Quand l'astéroïde s'est désintégré par l'impact avec la plateforme composée de gypse et de calcaire (l'impact avec un socle granitique n'aurait pas entraîné la volatilisation de composés toxiques), des morceaux de croûte terrestre, de la vapeur d'eau, du dioxyde de soufre et dioxyde de carbone[17] et des aérosols sulfatés ont été projetés dans l'atmosphère[18]. L'impact a créé un trou de 100 kilomètres de largeur et 30 kilomètres de profondeur, laissant au XXI^e siècle un cratère principalement sous la mer et couvert par 600 mètres de sédiments.

Formant un gigantesque panache de débris, une immense colonne de cendres et de cristaux de quartz, lesquels se trouvaient à dix kilomètres sous terre quelques instants auparavant, s'élève de plus en plus vite dans l'atmosphère. Traversant l'atmosphère à des vitesses comprises entre 7 000 et 40 000 km/h (l'onde de choc ainsi créée aurait fait tout le tour de la planète en quelques heures), les grosses particules illuminent le ciel, telles des milliards d'étoiles filantes puis en retombant avec l'énergie qu'elles ont acquise lors de leur éjection, portent rapidement de vastes zones de l'atmosphère à des températures de centaines de degrés (« effet rôtissoire » ou « effet de gril » des retombées d'éjectas qui enflamment la végétation sur une énorme surface du globe)[19].

Ces particules s'accumulent ensuite progressivement sur le sol, formant la couche de cendres observée aujourd'hui. Quant au panache formé des particules plus fines (poussières de roche et suie de combustion), il ne retombe pas mais enfle jusqu’à atteindre un diamètre de 100 à 200 km, parvient dans la haute atmosphère, puis enveloppe la planète entière, déclenchant une sorte d'hiver nucléaire (effet congélateur) qui contribue à plonger la planète entière dans l'obscurité pendant plusieurs années. L'absence de lumière solaire en quantité suffisante coupe net la photosynthèse sur terre comme en mer. Les végétaux dépérissent très vite, suivis de près par la mégafaune des herbivores qui entraînent près de 50 % des carnivores dans leur déclin (50 % des mammifères survivent, essentiellement de petits mammifères rongeurs omnivores)[19].

À plus long terme (temps estimé à 10 000 ans après la chute de la météorite), la Terre est soumise à une importante augmentation de la température attribuée à un effet de serre, créé principalement par un excès de gaz de carbone, d'oxydes de soufre et de vapeur d'eau issus de la vaporisation des roches lors de l'impact. Cet effet de serre accroît la température moyenne de 10 °C, ce qui favorise la transformation des milieux de zone tempérée en milieux désertiques, contribuant également à l'extinction des espèces[20].

En 2017, l'Institut de Technologie de Californie publie une étude sur l'évolution climatique provoquée par la dispersion de suies en aérosols, qui résulte de l'incendie généralisé de la couverture forestière terrestre allumé par l'impact. Ces aérosols ont empêché la lumière du soleil d'atteindre le sol pendant plus d'une année, ce qui a interrompu la photosynthèse pendant un à deux ans. La température a rapidement chuté, perdant en moyenne 28 °C à terre et 11 °C en mer. Ce refroidissement a donné des températures négatives aux latitudes moyennes pendant trois à quatre ans. Arrêté en haute altitude, le rayonnement solaire a fait croître la température des hautes couches de l'atmosphère de plusieurs centaines de degrés. Cette haute température a notamment entraîné la dégradation de la couche d'ozone. Celle-ci ne protégeant plus la Terre, la planète a reçu d'importantes quantités d'UV pendant plusieurs années, les aérosols mettant au moins cinq ans à se disperser. Ces phénomènes ont eu des effets dévastateurs sur les réseaux trophiques et ont pu provoquer l'extinction d'espèces qui auraient pu survivre aux effets immédiats de l'impact[21].

Il existe un certain nombre de faits à l'appui de cette théorie[N 1].

L'iridium

Une roche du Wyoming (États-Unis) avec une couche intermédiaire d'argile qui contient 1 000 fois plus d'iridium que les couches supérieures et inférieures ; photo prise au musée d'histoire naturelle de San Diego.

La météorite a révélé sa signature par une concentration anormalement élevée d'iridium dans les strates géologiques datant de la limite Crétacé-Paléogène, qui est aussi la frontière entre les ères mésozoïque et cénozoïque, dont elle aurait précisément été la cause. Ce métal du groupe du platine, rare à la surface de la Terre où il est attribué à la matière extraterrestre et aux volcans[22], est plus abondant dans les météorites, en solution dans le nickel et le fer qui constituent l'essentiel du fer météorique. On a trouvé de l'iridium en quantité anormale dans une dizaine de sites marins et terrestres de la fin du Crétacé, répartis sur toute la surface du globe parmi lesquels Gubbio en Italie, Stevns Klint au Danemark, El Kef en Tunisie ou encore à Woodside Creek, à Marlborough, en Nouvelle-Zélande[22].

Il s'est dégagé un consensus sur la chute d'un corps céleste à l'origine de ce cratère d'impact. Cependant, le scénario proposé ou la part de l'impact dans la crise Crétacé-Tertiaire sont toujours sujets à débat.

Un forage effectué en 2016 montre qu'il a fallu quelques années seulement après l'impact de l'astéroïde pour que la vie réapparaisse dans le cratère, et 30 000 ans pour qu'un écosystème prospère s'y déploie, alors qu'en certains points du Golfe du Mexique il a fallu 300 000 ans pour que l'écosystème présente un degré de diversification comparable[32]. Une carotte de roche a permis de révéler l'existence de microfossiles d'algues et de plancton ainsi que l'existence de terriers creusés par des crevettes et des vers marins, qui montrent que peu de temps après l'impact le cratère était de nouveau habitable, alors même que l'astéroïde provoquait ailleurs une extinction de masse[32]. L'étude suggère que le temps de résilience des environnements n'est pas prédictible[32].