Cela fait presque 40 ans que Walter Alvarez, alors un jeune géologuegéologue fraîchement émoulu de l'université de Berkeley, a amorcé une révolution dans les sciences de la Terre en arpentant vers le milieu des années 1970 la région de Gubbio, une ville italienne. Il fait alors la découverte d'une étrange strate argileuse sombre marquant la disparition subite du plancton marin, pourvoyeur en carbonates, précisément à la fin du Crétacé et au début de l'ère tertiaire. Or, c'est à cette époque charnière que disparaissent aussi les grands reptiles marins, les dinosauresdinosaures, les ammonitesammonites et les bélemnites.

Avec l'aide de son père, le prix Nobel de physiquephysique, Luis Alvarez, et surtout des chimistes Frank Asaro et Helen Michel, tous de l’université de Berkeley, il entreprit de faire parler la couche en la datant et en l'analysant précisément.

Un astéroïde tueur de dinosaures ?

Les chercheurs découvrirent, à leur grande stupéfaction, que cette strate contenait une quantité anormalement élevée d'un élément rare à la surface de la Terre, l'iridiumiridium. Ce métalmétal est en revanche assez abondant dans les comètescomètes et les astéroïdesastéroïdes ; c'est pourquoi Walter Alvarez n'hésita pas à proposer que la crise biologique survenue il y a 66 millions d'années, la fameuse crise du Crétacé-Tertiairecrise du Crétacé-Tertiaire (ou K-TT, de l'allemand Kreide-Tertiär), était due à la chute d'un petit corps céleste sur la Planète.

Durant les années 1980, cette thèse ne rencontra que du scepticisme, tant l'idée d'un retour du catastrophisme en géologiegéologie, notion éradiquée dès le milieu du XIX^e siècle, répugnait la majorité des géologues, pour lesquels tout changement de la Planète, en particulier de sa biosphèrebiosphère, ne pouvait se faire que lentement, sur une échelle de temps dont l'unité est le million d'années.

Mais la situation allait changer radicalement lorsque le cratère de Chicxulub fut découvert en 1990. En réexaminant les carottescarottes de forages effectués pour rechercher du pétrolepétrole dans la péninsulepéninsule du Yucatan, Alan Hildebrand découvrit l'existence de ce cratère contemporain de la crise KT et d'un diamètre égal à au moins 180 kilomètres. Causée par la chute d'un corps d'une dizaine de kilomètres de diamètre, l'explosion -- d'une puissance de 5 milliards de fois la bombe d'Hiroshima -- a dû expédier une telle quantité de poussières dans l'atmosphèreatmosphère que l'ensoleillement de la Planète en a été fortement réduit pendant un certain temps, entraînant l'effondrementeffondrement de la chaîne alimentairechaîne alimentaire, en commençant, bien sûr, par une disparition massive des plantes. Les températures auraient aussi fortement chuté pendant des décennies.

Les Alvarez et leurs collègues ne triomphèrent pas pour autant car un autre paradigme avait aussi fait, entre-temps, son apparition en géoscience pour expliquer la crise KT. Certains chercheurs n'étaient toujours pas convaincus, préférant la théorie avancée par Vincent Courtillot et ses collègues, faisant intervenir les éruptions colossales survenues en Inde, il y a environ 66 millions d'années.

Des volcans tueurs de dinosaures ?

Le géophysicien français avait en effet mené avec ses collaborateurs des études dans le domaine du paléomagnétismepaléomagnétisme qui leur avaient permis d'estimer l'âge et le temps mis par ces éruptions pour former les plateaux basaltiquesbasaltiques (les trappstrapps) du Deccan, dans la partie ouest de l'Inde. Il en découlait qu'en une duréedurée inférieure à quelques millions d'années tout au plus, ces coulées s'étaient empilées sur une épaisseur de plus de 400 mètres, et parfois quelques kilomètres, en occupant un vaste territoire. Il était donc naturel de postuler que les grandes quantités de gaz carboniquegaz carbonique et autres produits volcaniques libérés à cette occasion avaient engendré un changement climatiquechangement climatique par effet de serreeffet de serre. En générant de surcroît une acidification de l'océan, le CO₂ pouvait aussi avoir tué une bonne partie du plancton, provoquant un effondrement de la chaîne alimentaire.

Depuis des décennies, le débat se poursuivait entre les tenants des deux paradigmes, bien que beaucoup de chercheurs préféraient un compromis en suggérant que les deux causes invoquées s'étaient probablement combinées pour aboutir à la crise KT, l’astéroïde à l’origine du cratère du Chicxulub pouvant même avoir amplifié les éruptions du Deccan.

Une vue d'artiste d'un Ankylosaurus magniventris. Le dinosaure est sur le point de mourir en subissant l'impact de l'astéroïde que l'on voit en arrière-plan. © Fabio Manucci

Aujourd'hui, un article publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences par une équipe de chercheurs de l'Imperial College London, de l'Université de Bristol et de l'University College London vient de faire évoluer le débat dans une direction inattendue. Non seulement l'impact de l'astéroïde aurait été le seul en mesure de causer la disparition des dinosaures, mais les éruptions volcaniqueséruptions volcaniques auraient eu un rôle partiellement protecteur. Elles auraient même accéléré la résiliencerésilience de la biosphère !

Un effet de serre mitigeant un « hiver nucléaire » ?

Ces spécialistes en géosciences ont en effet conduit des simulations plus complexes aussi bien du climatclimat que de l'impact sur les écosystèmesécosystèmes des deux phénomènes. Si les éjectas de l'impact de l'astéroïde Chicxulub ont conduit à une sorte d’hiver nucléaire en bloquant la lumièrelumière du SoleilSoleil et en faisant baisser les températures, le gaz carbonique injecté par les éruptions du Deccan aurait conduit à un effet de serre limitant les baisses de températures et propices au développement de la végétation.

Alessandro Chiarenza, l'auteur principal de l'article publié dans PNAS est très clair quand il explique : « Nous montrons que l'astéroïde a provoqué un climat hivernal pendant des décennies et que ces effets environnementaux ont décimé des environnements appropriés pour les dinosaures. En revanche, les effets des éruptions volcaniques intenses n'étaient pas assez forts pour perturber considérablement les écosystèmes mondiaux. Notre étude confirme, pour la première fois quantitativement, que la seule explication plausible de l'extinction est le climat hivernal qui a éradiqué les habitats des dinosaures dans le monde entier ».

Et le chercheur d'ajouter : « Nous fournissons de nouvelles preuves suggérant que les éruptions volcaniques qui se produisent à peu près au même moment pourraient avoir réduit les effets sur l'environnement causés par l'impact, en particulier en accélérant la hausse des températures après l'hiverhiver produit par l'impact. Ce réchauffement induit par les volcansvolcans a contribué à boosterbooster la survie et la récupération des animaux et des plantes qui ont survécu à l'extinction, de nombreux groupes se développant immédiatement après, notamment les oiseaux et les mammifèresmammifères ».

Disparition des dinosaures : l'astéroïde aurait amplifié le volcanisme global

La chute d'un corps céleste il y a 66 millions d'années n'aurait pas seulement amplifié le volcanismevolcanisme colossal des trapps du Deccantrapps du Deccan en Inde, alors actif depuis quelques centaines de milliers d'années, mais aussi celui, planétaire, des dorsales océaniquesdorsales océaniques. Volcans et astéroïde auraient donc été responsables de la mort des dinosaures.

Les spéculations sur une connexion entre la chute du petit corps céleste à l'origine de l'astroblèmeastroblème de Chicxulub et l'activité volcanique des fameuses trapps du Deccan remontent au moins à la fin du XX^e siècle. En effet, l'Inde occupait la région où se trouve actuellement l'île de la Réunion, si l'on tient compte de la dérive des continents. On peut considérer qu'elle est le produit d'un point chaudpoint chaud qui était particulièrement actif il y a 66 millions d'années et qui aurait donc été à l'origine des gigantesques épanchements basaltiques du Deccan. L'île se trouve aussi à quelques milliers de kilomètres d'une région qui est en quelque sorte aux antipodes du Yucatán. Le point chaud ne peut donc pas avoir été causé par une concentration des ondes sismiquesondes sismiques colossales produite par l'impact. Mais peut-être, l'impact avait-il déstabilisé un panache de magmamagma remontant sous l'Inde, provoquant un pic dans l'activité volcanique précisément au moment de la disparition des dinosaures. Déjà fragilisés par ce volcanisme avant l'évènement du Yucatán, les dinosaures n'auraient pas résisté à l'action combinée des deux phénomènes.

En 2015, une équipe de chercheurs en géosciences menée par l'université de Berkeley en Californie avait apporté des arguments à l'appui de ce scénario. Une autre équipe états-unienne -- en l'occurrence Joseph S. Byrnes (université du Minnesota) et Leif Karlstrom (université de l'Oregon) -- vient de publier un article dans Science Advances. Ils suggèrent une autre influence indirecte de la chute d'un corps céleste au Yucatán mais cette fois-ci au niveau du volcanisme planétaire et en particulier sous la forme des volcans sous-marinssous-marins que l'on trouve au niveau des dorsales océaniques.

Des anomalies de gravité trahissant des édifices volcaniques

Nous disposons d'une certaine connaissance des âges des fonds océaniques de part et d'autre de ces dorsales depuis les campagnes de cartographie magnétiques de ces fonds combinées avec les forages profonds ayant ramené des échantillons de roches en surface. C'est d'ailleurs de cette façon que l'on a découvert l'expansion des fonds océaniques dans les années 1960.

Il se trouve que les géophysiciens ont également établi au court des décennies, notamment en s'aidant des satellites, des cartes du champ de gravitégravité de la Terre au niveau des océans. Ces mesures gravimétriques, tout comme sur les continents, montrent un lien entre l'intensité du champ de gravité local et la topographie d'un lieu, ainsi que la densité des roches qui s'y trouvent.

Byrnes et Karlstrom ont eu l'idée de fouiller dans les archives gravimétriques de la Terre en les comparant aux données de l'océanographie qui correspondent aux cent derniers millions d'années. Ils ont alors découvert des anomaliesanomalies dans le champ de gravité dans des régions de part et d'autre des dorsales dont les âges sont dans une bande d'environ un million d'années autour de la date de la fameuse crise K-T et donc celles aussi des éruptions du Deccan et de l'impact du Yucatán. Ces anomalies indiquent une augmentation des quantités de basaltesbasaltes empilés sur les fonds marins suite à des éruptions au niveau des dorsales mondiales à ces époques.

Les chercheurs pensent donc que les ondes sismiques produites par la chute du corps céleste au Yucatán auraient été suffisamment puissantes pour amplifier également les éruptions sous-marineséruptions sous-marines de sorte que de 92.000 à 920.000 kilomètres cubes de lavelave supplémentaires se seraient épanchés au niveau des dorsales.

L'impact sur la biosphère de ces épanchements reste encore à définir, d'autant que l'on peut penser que d'autres volcans, sur les continents cette fois-ci, ont peut-être été affectés.

Disparition des dinosaures : astéroïde ou volcans ? Les deux !

Article de Xavier DemeersmanXavier Demeersman, publié le 02/10/2015

Depuis 35 ans, partisans de l'hypothèse d'un astéroïde et partisans d'un long et intense épisode d'activité volcanique au niveau des trapps du Deccan s'affrontent sur l'origine de l'extinction de masseextinction de masse qui a touché l'ensemble de la vie terrestre il y a 65 millions d'années. Une équipe de géophysiciens de l'université de Berkeley estime que tous ces évènements sont en réalité reliés. Tout aurait commencé par l'impact de l'astéroïde qui aurait ensuite ravivé les trapps du Deccan. La combinaison des deux aurait donc sonné le glas des dinosaures.

Qui d'un astéroïde ou des intenses éruptions volcaniques des trapps du Deccan, à l'ouest de l'Inde, est à l'origine de la cinquième extinction de masse, il y a 65,5 millions d'années ? La question est débattue par les paléontologuespaléontologues et les géologues depuis plus de 35 ans, donnant l'avantage tantôt à l'un, tantôt à l'autre. Dans un article qui vient de paraître dans la revue Science, une équipe de l'université de Berkeley (Californie) soutient que l'enchaînement des évènements n'est certainement pas dû au hasard, comme cela avait déjà été supposé, et que tout cela est lié.

Tout commence, rappelons-le, à la fin des années 1970 avec la mise en évidence par Luis Alvarez et son fils Walter (tous deux chercheurs à Berkeley) de l'abondance d'iridium dans les couches dépourvues de fossilesfossiles qui marquent la limite du crétacé-tertiaire (dite K-T). Cet élément, très rare sur Terre, est caractéristique de certains corps célestes. Aussi, sa présence un peu partout sur le Globe au sein d'une même couche d'argileargile datant de cette période, désigne sans ambiguïté le coupable : l'impact d'un astéroïde ou d'une comète. Leur thèse sera d'ailleurs étayée un peu plus tard par la découverte du cratère de Chicxulubcratère de Chicxulub, une plaie encore béante d'environ 180 km de diamètre, démasquée au large de la péninsule du Yucatán, au Mexique. D'après les estimations, l'impacteurimpacteur devait mesurer environ 10 km. En s'écrasant à très grande vitessevitesse (90.000 km/h ?), cet objet massif a généré d'énormes quantités de poussières et de cendres. Projetées dans l'atmosphère, elles ont pu provoquer un long et redoutable « hiver nucléairehiver nucléaire » qui enveloppa toute la biosphère. Le climat global fut bien sûr profondément modifié et, privés de lumière, plantes terrestres et phytoplanctonphytoplancton marin dépérirent... In fine, plus de 70 % des espèces vivantes, parmi lesquelles les dinosaures, les ammonites et les foraminifèresforaminifères benthiquesbenthiques, furent condamnées.

C'est sans doute le scénario le plus consensuel. Mais en 1986, des recherches du géophysicien Vincent Courtillot ont montré que les trapps du Deccan furent gigantesques, dévastatrices et nocives, il y a environ 66 millions d'années. Pour lui et nombre de ses collègues, les responsables de la disparition des dinosaures, en mesure aussi de changer le climat et de refroidir la planète comme cela avait été le cas pour les quatre extinctions de masses précédentes, ce sont ces éruptions volcaniques massives.

Dépôts de lave superposés dans les trapps du Deccan, à l’est de Mumbai dans l’ouest de l’Inde. © Mark Richards

Combinaison de deux catastrophes majeures

Paul RenneRenne et son collègue de Berkeley, Mark Richards sont retournés en Inde ces derniers mois afin de prélever des échantillons dans les épaisses couches de laves du Deccan et d'affiner leurs datations avant et après l'impact. Ils soutiennent que la collision de l'astéroïde a été un déclencheur de l'activité volcanique de cette région. Certes, la lave coulait déjà dans cette région avant le terrible évènement mais dans des proportions plus faibles et douces. La chute du corps céleste et le violent séismeséisme (magnitudemagnitude 10 ou 11, avancent les chercheurs) qui s'ensuivit auraient ensuite modifié la « plomberie » des volcans, élargissant les chambres magmatiqueschambres magmatiques et doublant les épanchements moins de 50.000 ans après l'impact. La conjugaison des deux catastrophes a été fatale pour une grande part des êtres vivants sur Terre à cette période.

En réalité, « [...] il devient quelque peu artificiel de distinguer entre les deux mécanismes de destruction : les deux phénomènes étaient clairement à l'œuvre en même temps, estime Paul Renne, qui dirigeait cette étude. Il va être fondamentalement impossible d'attribuer les effets sur l'atmosphère à l'un ou l'autre. Ils se sont produits tous les deux en même temps. »

L'équipe, constituée des deux chercheurs et d'étudiants à l'université de Berkeley, estime que les éruptions intermittentes du Deccan ont mis à mal la vie sur Terre, durant environ 500.000 ans après la limite du crétacé-tertiaire. « La biodiversitébiodiversité et la signature chimique de l'océan ont pris environ un demi-million d'années pour vraiment récupérer après la limite K-T, ce qui correspond à la durée du volcanisme accéléré », a déclaré Paul Renne. Il a fallu tout ce temps pour que la vie puisse reconquérir toutes les niches écologiques.

L’auteur principal de l’article publié dans Science, Paul Renne, examinant un horizon du sol rougi entre les coulées de lave dans les trapps du Deccan. © Mark Richards

L’enquête continue

La datation par la mesure du rapport isotopique 40argon/39argon leur a permis de préciser le déroulement des éruptions et la vitesse et la chimiechimie des flux de magma en surface. Avant l'extinction, c'était assez calme comme on l'a dit plus haut. En revanche, les écoulements ont plus de doublé après l'impact. Il y eut des pauses, sans doute, parce que les chambres magmatiques, devenues plus grandes, se rechargeaient. Plus grandes signifie aussi plus de laves... « Tout ces choses ont changé de façon fondamentale et, en outre, il semble que cela s'est vraiment produit à la limite du K-T, a expliqué l'auteur principal de l'article publié dans Science. Nos données ne prouvent pas de façon concluante que l'impact a causé ces changements, mais la connexion a l'airair de plus en plus claire. »

Le géophysicien a du mal à voir une coïncidence. De surcroît, la datation des poussières de l’impact et de la limite du Crétacé-Tertiaire qu'il a réalisée il y a deux ans avait montré que 32.000 années seulement séparent les deux évènements. Un battement de cilscils sur l'échelle de temps géologique ! Il compte poursuivre les datations pour encore affiner la reconstitution de l'histoire. De son côté, Mark Richards, persuadé que de puissants séismes peuvent modifier les chambres magmatiques et raviver des éruptions volcaniques, continue de mener l'enquête avec des volcanologuesvolcanologues.

« Si nos datations de haute précision continuent de pointer sur ces trois évènements -- l'impact, l'extinction et l'impulsion majeure du volcanisme -- tous de plus en plus rapprochés, les gens vont devoir accepter la probabilité d'un lien entre eux » a-t-il déclaré.