Formation des cratères d’impacts météoritiques

Formation des astroblèmes

Un astroblème est une cicatrice causée par un impact météoritique, visible à la surface d’un corps céleste. La Lune, satellite naturel de la Terre, est sûrement l’exemple le plus marquant.

Pour le bénéfice du lecteur non familier avec le sujet, nous devons rappeler que ce mécanisme de formation de la Terre, bien que plus important au début de sa naissance, n’a cessé de causer des catastrophes naturelles qui ont modifié la face de la Terre au cours des temps géologiques et causé épisodiquement des extinctions massives dans la biosphère. À titre d’exemple, les scientifiques sont presqu’unanimes pour dire que la disparition des dinosaures fut causée par la chute d’un gros astéroïde à la hauteur de la péninsule du Yucatan au Mexique, il y a environ 66 millions d’années. Les preuves scientifiques de cet événement catastrophique ont permis de définir la structure d’impact météoritique de Chicxulub.

Les experts s’entendent pour expliquer le phénomène en trois stades principaux, et ce, même si l’événement catastrophique en cause ne dure que quelques minutes.

Le premier stade est celui de contact-compression au cours duquel le bolide se déforme, se fragmente, voire même se volatilise lors des impacts majeurs. Puis s’ensuit instantanément le stade d’excavation, lequel répond au passage de l’onde de choc dont l’énergie, maximale au point d’impact, est distribuée en épousant des enveloppes isobares hémisphériques décroissantes jusqu’à atteindre l’équilibre des forces avec la distance, en profondeur et latéralement dans la croûte terrestre. C’est à ce stade d’excavation que se crée le cratère. Puis survient le stade de modification, lequel répond à la force de gravité terrestre et entraîne des déformations structurales et parfois des épanchements magmatiques qui peuvent même sortir de l’enceinte du cratère final, i.e. la limite de l’astroblème après la remontée du fond du cratère, par réajustement isostatique lors du stade de modification. Avec les structures majeures, on assiste à un assemblage complexe de horsts et de grabens annulaires et radiaires en réponse à la remontée du fond du cratère transitoire ainsi qu’aux failles de glissement par gravité qui se développent en bordure de ce dernier.

Les structures d’impact météoritique (ou astroblèmes) varient considérablement en dimension et en forme dépendant de certains facteurs comme la taille du bolide, sa densité, son angle d’incidence de chute, et la nature de la surface impactée. Les effets seront différents en fonction de l’épaisseur de la tranche d’eau le cas échéant, la présence de roches sédimentaires plus ou moins poreuses, ou encore si c’est un socle rocheux granitique plus cohésif. On peut simplifier et classer les astroblèmes selon leur résultante morphologique avant leur érosion et leurs déformations tectoniques subséquentes. On reconnaît ainsi les  structures simples, complexes et multi-annulaires. Les structures simples se présentent en forme de bol avec bordures surélevées par rapport au niveau topographique initial. Ces structures varient entre 2 et 4 km de diamètre dépendant de la cohésion du matériau impacté (roche sédimentaire vs granitoïde par exemple). Les structures complexes présentent un éventail de déformations structurales conditionnées par la dimension du bolide, la profondeur d’excavation et l’isostasie. Plus la structure est grande, plus elle sera complexe, et ultimement elle développera une structure multi-annulaire.

Lors du stade d’excavation, en raison de l’énergie en cause, les conditions de pression et de température varient en fonction du site d’impact et entraîne fusion, fragmentation, et transport du matériel, formant alors des dépôts de brèches plus ou moins riches en fragments vitrifiés et fondus, à l’intérieur du cratère transitoire comme à l’extérieur, sous forme de dykes dans le plancher et les murs de ce dernier. Une grande proportion du matériel impacté retombe dans le cratère transitoire. La couverture de matériel éjecté peut s’étendre sur de grandes distances. Ultimement, les sphérules formées lors de l’impact peuvent se retrouver partout autour de la planète comme ce fut le cas avec l’impact de Chicxulub au Yucatan.

Les indices probants

La reconnaissance d’un astroblème nécessite l’observation de marques distinctives de métamorphisme de choc. L’une est visible à l’œil nu : le cône de percussion (shatter cone). Les autres sont d’ordre microscopique et reliées au désordre observé dans les cristaux des minéraux qui constituent la roche impactée.

Les premiers indices de métamorphisme de choc acceptés, d’ailleurs vérifiés en laboratoire, furent les microfissures planaires observées dans des grains de quartz, à savoir les «Planar Deformation Feature (PDFs) et les Planar Fractures (PFs)». Cependant, pour être validés, les pôles de ces plans de faiblesse dans le cristal doivent correspondre à certains angles spécifiques par rapport à celui de l’axe «C» du cristal, un exercice de mesure qui peut se faire au moyen d’un microscope équipé d’une platine universelle. Ces microfissures sont souvent le lieu de friction et de vitrification; on parle alors de PDFs décorés. Cette vitrification peut se poursuivre au point de transformer tout le cristal en verre. L’amorphisme et la perte de biréfringence peuvent affecter plusieurs variétés de minéraux, dont le zircon entre autres. Dans le cas des feldspaths plagioclases, un constituant majeur de nombreux granitoïdes, la phase amorphe prend le nom de «maskelynite» et peut n’affecter qu’une famille de lamelles polysynthétiques de ce minéral. Il en va de même pour la production de PDFs et PFs, lesquels ne sont pas uniques au quartz. Certaines variétés de quartz densifiés lors du passage de l’onde de choc, telles la coésite et la stishovite, sont également de bons indicateurs.

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