Course contre la montre : les cratères d’impact les plus anciens de la Terre disparaissent

L’histoire la plus ancienne de la Terre recèle encore des mystères pour les géologues, et les anciens cratères pourraient fournir des réponses – les scientifiques font la course contre la montre pour les trouver.

Les cratères les plus anciens de la Terre ont le potentiel de fournir aux scientifiques des informations vitales sur la structure de la Terre primitive et la composition des corps du système solaire, ainsi que d’offrir un aperçu de l’interprétation des enregistrements de cratères sur d’autres planètes. Cependant, ces anciens cratères restent insaisissables pour les géologues et pourraient ne jamais être trouvés, comme le suggère une étude récente. Cette étude a été publiée le 1er août 2023 dans le Journal des planètes de recherche géophysiquele journal faisant autorité de l’AGU pour la recherche sur la formation et l’évolution des planètes, des lunes et des objets à l’intérieur et au-delà de notre système solaire.

Preuve insaisissable

Les géologues ont trouvé des preuves d’impacts, tels que des éjectas (matériaux projetés loin de l’impact), des roches fondues et des minéraux à haute pression datant de plus de 3,5 milliards d’années. Mais les véritables cratères d’il y a si longtemps sont restés insaisissables. Les plus anciennes structures d’impact connues de la planète, ce que les scientifiques appellent ces cratères massifs, n’ont qu’environ 2 milliards d’années. Il nous manque deux milliards et demi d’années de méga-cratères.

Le temps et l’érosion

Le tic-tac régulier du temps et le processus incessant d’érosion sont responsables de l’écart, selon Matthew S. Huber, un planétologue à l’Université du Western Cape en Afrique du Sud qui étudie les structures d’impact et a dirigé la nouvelle étude.

« C’est presque un hasard si les anciennes structures que nous avons sont préservées », a déclaré Huber. « Il y a beaucoup de questions auxquelles nous pourrions répondre si nous avions ces cratères plus anciens. Mais c’est l’histoire normale en géologie. Nous devons faire une histoire à partir de ce qui est disponible.

Découvrir des cratères cachés

Les géologues peuvent parfois repérer des cratères cachés et enfouis à l’aide d’outils géophysiques, tels que l’imagerie sismique ou la cartographie gravimétrique. Une fois qu’ils ont identifié les structures d’impact potentielles, ils peuvent rechercher des vestiges physiques du processus d’impact pour confirmer son existence, tels que des éjectas et des minéraux d’impact.

Impact de l’érosion sur les cratères

La grande question pour Huber et son équipe était de savoir quelle partie d’un cratère peut être emportée par l’érosion avant que les dernières traces géophysiques persistantes ne disparaissent. Les géophysiciens ont suggéré que 10 kilomètres (6,2 miles) d’érosion verticale effaceraient même les plus grandes structures d’impact, mais ce seuil n’avait jamais été testé sur le terrain.

L’étude du cratère de Vredefort

Pour le savoir, les chercheurs ont creusé l’une des plus anciennes structures d’impact connues de la planète : le cratère de Vredefort en Afrique du Sud. La structure mesure environ 300 kilomètres (186 miles) de diamètre et s’est formée il y a environ 2 milliards d’années lorsqu’un impacteur d’environ 20 kilomètres (12,4 miles) de diamètre a percuté la planète.

Changements géologiques et érosion

L’impacteur a frappé avec une telle énergie que la croûte et le manteau se sont soulevés là où l’impact s’est produit, laissant un dôme à long terme. Plus loin du centre, des crêtes rocheuses surgissent, les minéraux se transforment et la roche fond. Et puis le temps a suivi son cours, érodant environ 10 kilomètres (6,2 miles) de la surface en deux milliards d’années.

Vestiges actuels de l’impact

Aujourd’hui, tout ce qui reste à la surface est un demi-cercle de collines basses au sud-ouest de Johannesburg, qui marque le centre de la structure, et quelques signes d’impact plus petits et révélateurs. La bulle, causée par le soulèvement du manteau, apparaît sur les cartes gravimétriques, mais au-delà du centre, les preuves géophysiques de l’impact font défaut.

« Ce modèle est l’une des dernières signatures géophysiques encore détectables, et cela ne se produit que pour les structures d’impact à plus grande échelle », a déclaré Huber. Parce qu’il ne reste que les couches les plus profondes de la structure, les autres traces géophysiques ont disparu.

Mais ce n’est pas grave, car Huber voulait savoir à quel point ces couches profondes sont fiables pour enregistrer les impacts anciens d’un point de vue minéralogique et géophysique.

Méthodologie de la recherche

« L’érosion fait disparaître ces structures de haut en bas », a déclaré Huber. « Alors nous sommes allés de bas en haut. »

Les chercheurs ont échantillonné des carottes de roche sur un transect de 22 kilomètres (13,7 miles) et analysé leurs propriétés physiques, recherchant les différences de densité, de porosité et de minéralogie entre les roches impactées et non impactées. Ils ont également modélisé l’événement d’impact et ses effets sur la physique des roches et des minéraux et l’ont comparé à ce qu’ils ont vu dans leurs échantillons.

Résultats et constatations

Ce qu’ils ont trouvé n’était pas encourageant pour la recherche des plus anciens cratères de la Terre. Alors qu’il restait de la fonte et des minéraux d’impact, les roches des crêtes extérieures de la structure de Vredefort étaient essentiellement impossibles à distinguer des roches sans impact qui les entouraient lorsqu’elles étaient vues à travers une lentille géophysique.

« Ce n’était pas exactement le résultat auquel nous nous attendions », a déclaré Huber. « La différence, là où il y en avait, était incroyablement atténuée. Il nous a fallu un certain temps pour vraiment donner un sens aux données. Dix kilomètres d’érosion et toutes les preuves géophysiques de l’impact disparaissent, même avec les plus grands cratères », confirmant ce que les géophysiciens avaient estimé précédemment.

Perspectives d’avenir et conclusions

Les chercheurs ont attrapé Vredefort juste à temps; si beaucoup plus d’érosion se produit, la structure d’impact aura disparu. Les chances de trouver des structures d’impact enterrées datant de plus de 2 milliards d’années sont faibles, a déclaré Huber.

« Pour qu’un cratère d’impact archéen soit préservé jusqu’à aujourd’hui, il aurait dû avoir connu des conditions de conservation vraiment inhabituelles », a déclaré Huber. « Mais alors, la Terre est pleine de conditions inhabituelles. Alors peut-être qu’il y a quelque chose d’inattendu quelque part, et donc nous continuons à chercher.

Auteurs:

• Matthew S. Huber (auteur correspondant), Department of Earth Science, University of the Western Cape, Bellville, Afrique du Sud
• Kovaleva, Département des sciences de la Terre, Université du Western Cape, Bellville, Afrique du Sud ; Centre Helmholtz de Potsdam, GFZ, Potsdam, Allemagne
• SP Rae, Département des sciences de la Terre, Université de Cambridge, Cambridge, Royaume-Uni
• Tisato, Département des sciences géologiques, Jackson School of Geoscience, Université du Texas à Austin, Austin, TX, États-Unis ; Center for Planetary Systems Habitability, Université du Texas à Austin, Austin, Texas, États-Unis
• PS Gulick, Département des sciences géologiques, Jackson School of Geoscience, Université du Texas à Austin, Austin, TX, États-Unis ; Center for Planetary Systems Habitability, Université du Texas à Austin, Austin, TX, États-Unis ; Institut de géophysique, Jackson School of Geoscience, Université du Texas à Austin, Austin, Texas, États-Unis