Des horloges atomiques fabriquées à partir de cristaux de zircon brisés permettent de dater les impacts d’astéroïdes
La structure d’impact de Chicxulub dans la péninsule du Yucatán, au Mexique, s’est formée il y a 66 millions d’années et a déclenché l’extinction de masse Crétacé-Paléogène au cours de laquelle les trois quarts de la vie sur Terre ont été anéantis. C’est le seul exemple bien établi d’une relation de cause à effet entre un impact et une extinction de masse, mais il reste possible que d’autres impacts importants soient à l’origine d’autres extinctions. Une datation exacte et précise des grands cratères peut contribuer à notre compréhension de la relation entre les impacts et les événements d’extinction de masse. Le projet Crater Chron de l’UE a tiré parti des avancées récentes dans notre compréhension de la façon dont le zircon (ZrSiO4) peut enregistrer l’âge de l’événement d’un impact, offrant une meilleure compréhension du moment où l’impact s’est produit et de ce qui en a résulté. «Nous avons réussi à établir une routine relativement standard pour déterminer l’âge d’un d’impact», explique le chercheur principal Gavin Kenny, basé au Musée royal d’histoire naturelle de Suède. Gavin Kenny a été soutenu par une bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie. L’une des percées du projet est venue de l’intégration de nouvelles données zircon uranium-plomb (U-Pb) avec des données précédemment publiées provenant d’une autre technique de datation, la datation argon-argon, ou Ar/Ar. Comme l’explique Gavin Kenny, «la datation Ar/Ar est un outil puissant pour dater les impacts, et il était important de montrer que les deux techniques peuvent se compléter afin de donner un historique plus complet d’un événement d’impact, et du refroidissement d’un cratère d’impact des dizaines à des centaines de milliers d’années après l’impact».
Combiner les techniques pour une image plus claire
En étudiant le cratère d’impact Lappajärvi de 23 kilomètres de large, en Finlande, le projet a montré que le zircon choqué semble enregistrer plus précisément l’âge de l’événement d’impact, tandis que la datation Ar/Ar enregistre le refroidissement du cratère. «Comprendre si l’on a daté l’événement d’impact réel ou le refroidissement ultérieur de la structure est important si l’on veut corréler les impacts avec d’autres événements importants du passé de la Terre, tels que les extinctions massives», ajoute Gavin Kenny. Le zircon choqué par les pressions et températures extrêmes propres aux événements d’impact se déforme de plusieurs manières. Une méthode consiste à le recristalliser. Un grain de zircon avant impact, qui peut initialement mesurer environ 100 micromètres (0,1 millimètre), peut se recristalliser en un amas de centaines ou de milliers de sous-grains. Ce processus expulse le plomb du cristal d’origine et réinitialise efficacement l’horloge U-Pb au moment de l’impact. Des techniques à haute résolution spatiale peuvent être appliquées pour analyser les parties recristallisées du grain de zircon, afin d’identifier la date de l’impact.
L’impact de l’impact
Une datation améliorée peut également indiquer un éventuel chevauchement temporel avec un événement d’extinction qui peut être étudié plus avant, et définir quelles successions sédimentaires sont susceptible de contenir l’enregistrement d’un impact et de ses effets possibles sur la biosphère. «La datation d’un impact est généralement une bonne première étape pour tester si une structure d’impact donnée peut être liée à un événement d’extinction donné», fait remarquer Gavin Kenny. «Nous avons conclu que la structure d’impact de Morokweng, en Afrique du Sud, qui mesure environ 80 km de diamètre, s’est formée quelques millions d’années avant la limite Jurassique-Crétacé. Des études antérieures avaient suggéré un chevauchement possible de la limite géologique et de l’impact, mais la datation de la limite, effectuée par d’autres chercheurs ces dernières années, et la structure de l’impact indiquent désormais qu’elles ne coïncidaient pas et ne pouvaient donc pas avoir été liées.»
Secrets lunaires
Au cours de ses travaux, Crater Chron a étudié les effets des pressions et températures extrêmes sur d’autres minéraux, tels que l’apatite. Comprendre comment l’apatite réagit à un impact est important pour comprendre l’histoire de la Lune et du système solaire interne, car l’apatite est beaucoup plus courante que le zircon dans les roches lunaires. «Les études qui datent les impacts et l’activité volcanique sur la Lune utilisent de l’apatite, et il est donc important de comprendre comment les impacts ont pu affecter son horloge U-Pb», explique Gavin Kenny.
Mots‑clés
Crater Chron, impact, datation, zircon, limite géologique, apatite, U-Pb, datation Ar/Ar