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L’extinction des dinosaures ! Est-ce la chute d’un astéroïde ou le volcanisme géant ?

samedi 22 octobre 2016, par Robert Paris

« La crise Crétacé-Tertiaire, due à un volcanisme intense ? »

« Une éruption volcanique exceptionnelle a eu lieu il y a 65 millions d’années en Inde dans le Deccan. Causée par un point chaud aujourd’hui situé à la Réunion, elle est responsable de la formation des trapps du Deccan et pourrait être à l’origine de la crise biologique. La plupart des crises biologiques connues sont liées au volcanisme formant de vastes épanchements basaltiques de type trapps. Il s’agit d’un volcanisme intense de point chaud qui se déclare en zone continentale. Ses éruptions sont explosives et très productives. Elles projettent d’énormes quantités de gaz (CO2 et SO2) ainsi que des poussières volcaniques dans l’atmosphère pendant des centaines de milliers d’années. Cette durée longue s’accorde avec les disparitions plus lentes de certaines espèces. »

CNRS

Est-ce la chute d’un astéroïde ou le volcanisme géant du Deccan qui a causé l’extinction des dinosaures comme de 50% des espèces vivantes au Crétacé-Tertiaire dit K-T (deuxième grande extinction massive d’espèces après celle Permien-Trias) ?

Les théories scientifiques expliquent les extinctions de K-T par un ou plusieurs évènements catastrophiques, tels que des impacts massifs d’astéroïdes, et/ou une activité volcanique accrue, l’activité volcanique semblant cependant avoir précédé. La datation de plusieurs cratères d’impact (comme l’impact de Chicxulub) et d’une activité volcanique massive (dans les trapps du Deccan), coïncide avec la période approximative de l’évènement d’extinction. Ces évènements géologiques auraient réduit la lumière du Soleil et gêné la photosynthèse, menant à une rupture massive dans l’écologie de la Terre. D’autres chercheurs croient que l’extinction a été plus progressive, résultant de changements plus lents du niveau de la mer ou du climat.

On dénombre six principales extinctions depuis l’aube des temps fossilifères, c’est-à-dire le début du Cambrien il y a environ 540 millions d’années. Les trois dernières sont les mieux connues. La plus importante, la limite Permo-Trias, marque la fin de l’ère primaire : en moins d’un million d’années, un temps bref à l’échelle géologique, plus de 90 pour cent de toutes les espèces alors présentes sur Terre disparaissent. La dernière, la limite Crétacé-Tertiaire, marque la fin du Secondaire. Au cours de celle-ci disparaissent non seulement les dinosaures, mais 65 pour cent des espèces terrestres et marines.

Quelles catastrophes ont causé ces extinctions ? Des changements climatiques globaux ? Une diminution de l’oxygène dans les océans (anoxie océanique) ? Depuis les années 1980, deux théories s’opposent sur les causes de l’extinction de la limite Crétacé-Tertiaire : l’hypothèse de l’impact d’une météorite et celle d’une gigantesque éruption volcanique. En une vingtaine d’années, des dizaines d’équipes de géologues ont accumulé des observations nouvelles. La réalité de l’impact de la limite Crétacé-Tertiaire a d’abord été confirmée (voir Les astéroïdes, une épée de Damoclès, par Robert Rocchia et Éric Robin, dans ce dossier). Un cratère de 150 kilomètres de diamètre a été découvert au Mexique, près du village de Chicxulub, enfoui sous des centaines de mètres de sédiments plus récents. Ce cratère correspond bien à l’âge de la limite Crétacé-Tertiaire.

Cependant on n’a retrouvé aucun autre impact susceptible d’avoir causé l’une des autres extinctions en masse. En revanche, des traps se sont formés au moment de chacune des quatre dernières grandes extinctions, témoignant d’éruptions volcaniques exceptionnelles. Ces roches ont souffert des outrages du temps, sous l’effet de l’érosion et de la tectonique : leurs surfaces d’origine s’étendaient sur plusieurs millions de kilomètres carrés et leur volume atteignait la dizaine de millions de kilomètres cubes. Ces chiffres font saisir l’immensité de ces objets. Ces deux dernières décennies, plusieurs équipes de géologues en ont précisé la localisation, l’étendue, l’âge et la durée de formation.

À la limite Crétacé-Tertiaire correspondent les traps du Deccan en Inde. Le volcanisme y date de 65 millions d’années, et l’essentiel du volume s’est mis en place en moins de 700 000 ans. Les traces de l’impact de la météorite ont été retrouvées dans des sédiments pris « en sandwich » entre les coulées. Cette observation est capitale. Elle démontre que les deux événements (impact et éruption) se sont bien produits « en même temps », quoique sur des échelles de temps différentes : instantanée ou presque pour le premier, sur des centaines de milliers d’années pour le second. On ne connaît aucun autre cas d’une telle coïncidence entre impact et éruption. En revanche, il existe d’autres traces de grands impacts, qui ne sont associés à aucune extinction. Cela signifie qu’un grand impact comme celui de Chicxulub, même s’il cause des dégâts majeurs à l’environnement et à la biosphère, ne serait pas suffisant pour provoquer une extinction en masse, catastrophe écologique d’un tout autre ordre de grandeur.

À la limite Trias-Jurassique correspond la province magmatique Centre-Atlantique (CAMP). Les laves de cette province affleurent le long de la vallée encaissée de l’Hudson dont elles forment les falaises à Palisades, en face de Manhattan. On a retrouvé des laves de même âge au fond de bassins sédimentaires, répartis le long des côtes orientales des États-Unis, puis sous forme de conduits d’alimentation (les « dykes ») en Afrique occidentale, puis au nord et au nord-est de l’Amérique du Sud, enfin au sud-ouest de l’Europe, en Espagne et au Portugal. Toutes ces laves datent de 200 millions d’années, et sont antérieures à l’ouverture de l’océan Atlantique. Il faut donc, pour en comprendre la géographie originelle, reconstruire la Pangée, le supercontinent d’alors regroupant les cinq continents actuels. Les affleurements découverts à ce jour étaient alors contigus et répartis sur une surface de plus de sept millions de kilomètres carrés.

À la grande crise Permo-Trias correspondent les traps de Sibérie, une immense étendue située à l’est de l’Oural et du bassin du Kazakhstan. On a récemment découvert qu’ils se prolongent à la base du bassin du Kazakhstan

Bien que l’évènement de la limite K-T ait été de grande ampleur, il y eut une variabilité significative du taux d’extinction entre les différents groupes d’espèces. On suppose que des particules atmosphériques ont bloqué la lumière du Soleil, réduisant la quantité d’énergie solaire pouvant atteindre la Terre. Les effectifs des espèces dépendant de la photosynthèse ont donc diminué, certaines espèces se sont même éteintes. Vers la fin du crétacé, les organismes qui photosynthétisent, dont le phytoplancton et les plantes terrestres, étaient à la base de la chaîne alimentaire comme c’est le cas aujourd’hui. L’extinction d’espèces végétales alors dominantes a causé un remaniement important de ce groupe d’organismes. L’observation suggère que les animaux herbivores se sont éteints quand les plantes dont ils dépendaient pour se nourrir sont devenues rares ; en conséquence, les prédateurs supérieurs comme le Tyrannosaure ont également péri.

L’extinction des dinosaures au passage de la limite K-T a donné lieu à plus de publications que n’importe quel autre groupe d’organismes. À l’exception de quelques revendications controversées, on convient que tous les dinosaures non-aviens se sont éteints à la limite K-T. Les fossiles de dinosaures ont été interprétés à la fois pour montrer un déclin dans la diversité et aucun déclin dans la diversité pendant les derniers millions d’années du Crétacé, et il se peut que la qualité des fossiles de dinosaures ne soit simplement pas assez bonne pour permettre à des chercheurs de distinguer les choix. Puisqu’il n’y a aucune preuve que les dinosaures de la fin du Maastrichtien aient pu creuser, nager ou plonger, ils ne pouvaient pas s’abriter pendant les plus mauvais moments du stress environnemental qui se sont produits à la limite K-T. Il est possible que les petits dinosaures non-aviens aient survécu, mais ils auraient été privés de nourriture car des dinosaures herbivores auraient trouvé la matière végétale rare, et les carnivores se seraient rapidement trouvés à court de proies. Le consensus croissant au sujet du caractère endotherme des dinosaures (voir Physiologie des dinosaures) aide à comprendre leur extinction complète par rapport à la survie de leurs parents proches, les crocodiliens. Les crocodiles étant ectothermes (animaux à « sang froid »), ils ont des besoins très limités en nourriture (ils peuvent vivre plusieurs mois sans manger) tandis que des animaux de la taille semblable mais endothermes (à « sang chaud ») ont besoin de beaucoup plus de nourriture afin de soutenir leur métabolisme plus rapide. Ainsi, dans les circonstances de la rupture de chaine alimentaire précédemment mentionnées, les dinosaures non-aviens sont morts tandis que certains crocodiles survivaient. Dans ce contexte, la survie d’autres animaux endothermiques, tels que quelques oiseaux et mammifères, a pu être due, entre d’autres raisons, à leurs plus petits besoins de nourriture, liés à leur petite taille à l’époque de l’extinction66.

Plusieurs chercheurs ont mentionné que l’extinction des dinosaures avait été progressive, de sorte qu’il y aurait eu des dinosaures au Paléocène. Ces arguments sont fondés sur la découverte de restes de dinosaures dans la Formation de Hell Creek jusqu’à 1,3 mètres (4,27 pi) au-dessus et 40 000 années après la limite K-T. Des échantillons de pollen prélevés près d’un fémur fossilisé d’hadrosaure découvert dans du grès à Ojo Alamo près de la rivière de San Juan indiquent que l’animal a vécu pendant le tertiaire, approximativement 64,5 MA (environ 1 million d’années après l’évènement de K-T). Si leur existence après la limite K-T peut être confirmée, ces hadrosaures seraient considérés comme un clade « mort-vivant ». La recherche actuelle indique que ces fossiles ont été érodés de leurs endroits originaux et puis ré-ensevelis par des sédiments très postérieurs (retouchés).

En mars 2010, un groupe de 41 scientifiques se sont accordés dans la revue Science sur le fait que la chute de l’astéroïde à l’origine du cratère de Chicxulub avait été l’événement déclencheur de l’extinction K-Pg. Mais 4 ans plus tard, la même revue relance le débat en publiant une nouvelle étude géochronologique, qui a permis une datation plus précise de l’évènement du plateau du Deccan, remettant en question l’idée que les gigantesques effusions de lave du Deccan auraient eu lieu trop tôt pour avoir joué un rôle dans les extinctions, montrant que ce phénomène chevauche bien la période géologique d’extinctions majeures, et redonnant de la crédibilité à l’hypothèse soutenue par Gerta Keller (paléontologue de l’Université de Princeton). Lors de cet épisode volcanique (parmi les plus destructeurs de toute l’histoire de la Terre), les volcans auraient pu cracher assez de dioxyde de carbone et de soufre pour brutalement réchauffer la terre et acidifier ses océans, en tuant les 3/4 des formes terrestres de vie (dont tous les dinosaures non-aviens).

En octobre 2015, une datation encore plus précise des coulées de lave des trapps du Deccan basée sur le rapport isotopique 40Ar/39Ar de l’argon est obtenue par l’équipe de Paul R. Renne de l’Université de Californie à Berkeley. Les épisodes les plus importants et les plus continus d’émissions de laves du Deccan (représentant 70% du total) sont datés de moins de 50 000 ans après la chute de la météorite de Chicxulub. Cette coïncidence convainc les auteurs que l’épisode paroxysmal des trapps serait une conséquence de l’impact de la météorite de Chicxulub. Le choc de la météorite aurait induit une onde sismique énorme, équivalent d’un tremblement de terre de magnitude 11 qui aurait fragilisé la croûte terrestre de l’autre côté du globe (aux « antipodes » en longitude mais pas en latitude). Ainsi après l’extinction massive due à l’impact de la météorite de Chicxulub, les éruptions volcaniques du Deccan avec leurs quantités énormes de gaz létaux expulsées — dont le sulfure d’hydrogène (H2S) —, auraient prolongé les effets du nuage soulevé par l’impact météoritique.

Des couches de lave gigantesques ont été retrouvées dans la région des Trapps du Deccan : il peut y avoir jusqu’à 2 400 mètres d’épaisseur de basalte, et la surface actuellement couverte dépasse les 500 000 km2 (à partir d’une surface originelle sans doute supérieure à 1 500 000 km2). Avant l’an 2000, l’argument qu’il y avait un lien avec l’extinction n’était évoqué que dans l’hypothèse d’une extinction progressive, car on pensait que l’intense activité volcanique avait commencé autour de 68 Ma et avait duré plus de deux millions d’années. Plus récemment, on a déterminé que les énormes éruptions volcaniques se produisirent sur une période de 800 000 ans comprenant la limite K-T, et pourraient donc être responsables de l’extinction et du rétablissement biotique ralenti qui a suivi.

Les Trapps du Deccan pourraient avoir causé l’extinction par plusieurs mécanismes, y compris le dégagement de poussières, de cendres et d’aérosols soufrés dans l’air qui pourraient avoir bloqué la lumière du Soleil et réduit ainsi la photosynthèse pour les plantes. En outre, le volcanisme des Trapps du Deccan pourrait avoir eu comme conséquence des émissions de gaz carbonique qui auraient augmenté l’effet de serre déjà produit par les poussières et les aérosols présents dans l’atmosphère.

Dans les années où l’hypothèse des Trapps de Deccan était liée à une extinction progressive, Luis Alvarez (qui est mort en 1988) a répondu que les paléontologues se trompaient car les gisements fossiles ne constituent qu’un échantillon biaisé. Bien que cette affirmation n’ait au départ pas bien été reçue, les études intensives sur le terrain des gisements fossiles effectuées par la suite ont donné le poids à ses arguments. Ultérieurement, la plupart des paléontologues ont commencé à accepter l’idée que les extinctions de masse à la fin du Crétacé aient été en grande partie ou au moins partiellement dues à un impact cosmique sur la Terre. Cependant, même Walter Alvarez a reconnu que d’autres changements importants sur Terre avaient eu lieu avant l’impact, tel qu’une baisse du niveau de la mer et les éruptions volcaniques massives qui ont produit les Trapps du Deccan en Inde, et ceux-ci avaient pu avoir contribué aux extinctions.

Et l’astéroïde ?

À la fin des années 1970, l’exploration de certaines couches géologiques a révélé une couche d’argile de quelques centimètres d’épaisseur entre les strates du Crétacé et du Tertiaire. On parle d’elle sous le nom de limite Crétacé-Tertiaire, de limite CT ou de limite K-T. Cette limite géologique, bien visible en certains points du globe, présente un taux anormal d’iridium (30 fois et 130 fois plus élevé que la normale dans les deux sections étudiées à l’origine). L’iridium est extrêmement rare dans la croûte terrestre parce que c’est un élément sidérophile, ce qui signifie qu’il a migré avec le fer pendant la différenciation planétaire et se trouve donc principalement dans le noyau. Cet élément est donc rare sur Terre mais abondant dans certaines météorites.

En 1980, un groupe de scientifiques composé du professeur de science planétaire de l’université de Berkeley et prix Nobel de physique Luis Alvarez, de son fils le géologue Walter Alvarez et des chimistes Frank Asaro et Helen Michel a alors émis l’hypothèse de la chute d’une météorite (astéroïde ou comète) à cette période. L’hypothèse d’un impact cosmique avait été publiée auparavant, mais l’hypothèse ne s’appuyait pas sur des découvertes concrètes.

La plupart des paléontologistes s’accordent maintenant pour dire qu’un astéroïde a frappé la Terre il y a 65 Ma, mais il n’y a pas de consensus sur le fait que l’impact soit ou non la cause unique des extinctions. On a montré qu’il y a un intervalle d’environ 300 000 ans entre l’impact et l’extinction de masse.

Extinction des dinosaures : l’hypothèse de la météorite a-t-elle vécu ?

Une nouvelle datation plus précise des gigantesques épanchements basaltiques à l’origine des trapps du Deccan

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