Il y a environ 50 000 ans, une météorite nickel-fer d’environ 50 mètres de diamètre s’est abattue sur les prairies du Pléistocène de ce qui est aujourd’hui le nord de l’Arizona. Il roulait vite, environ 13 kilomètres par seconde. En quelques secondes, un impact a creusé un cratère d’un peu plus d’un kilomètre de large et a répandu des roches du site sur des kilomètres à la ronde.
Pendant des années, les scientifiques ont travaillé pour comprendre toutes les forces à l’œuvre dans un tel événement d’impact comme celui qui a creusé Meteor Crater. De toute évidence, les impacts ont des effets énormes. Les conséquences de la collision affectent le paysage et laissent derrière elles une scène de destruction. Pourtant, aussi souvent que la Terre a été touchée, les cratères évidents comme celui de l’Arizona sont relativement rares. C’est parce que l’érosion, les intempéries et la tectonique des plaques les effacent au fil du temps géologique. À moins que vous ne sachiez exactement où chercher, vous ne pourrez peut-être pas trouver de preuves évidentes que quelque chose a frappé notre planète.
Alors, comment comprendre les forces en jeu lors d’un impact ? Selon le professeur Falko Langenhorst de l’Université d’Iéna, les scientifiques doivent étudier les effets indirects des impacts. Celles-ci incluent l’examen de précision des minéraux choqués et du verre d’impact, souvent appelés structures lamellaires. Lorsque quelque chose frappe le sol avec une force énorme, cela affecte les matériaux jusqu’au niveau cristallin des minéraux. Ces structures lamellaires sont mieux étudiées en utilisant des techniques de microscope électronique.
Trouver des preuves de grains choqués
“Pendant plus de 60 ans, ces structures lamellaires ont servi d’indicateur d’un impact d’astéroïde, mais personne ne savait jusqu’à présent comment cette structure s’était formée en premier lieu”, a déclaré Liermann, discutant d’un ensemble de techniques qui leur ont permis d’étudier ces grains choqués. “Nous avons maintenant résolu ce mystère vieux de plusieurs décennies.”
L’équipe de Langenhorst a trouvé un moyen de simuler les forces incroyables d’un impact d’astéroïde en laboratoire. L’idée était de mettre des cristaux de quartz (semblables aux roches choquées par l’événement Meteor Crater) sous une pression extrêmement élevée à l’intérieur d’un instrument de laboratoire. Ils ont utilisé ce qu’on appelle une “cellule à enclume dynamique en diamant” (dDAC). Il permet à l’équipe scientifique de contrôler les pressions à l’intérieur et de les modifier très rapidement. Cela simule l’évolution rapide des pressions et des températures au travail lors d’un événement d’impact réel.
Avec cet appareil, les scientifiques ont comprimé de minuscules cristaux de quartz uniques, les mettant sous une pression énorme. En même temps, ils ont projeté une intense lumière de rayons X à travers les cristaux. Cela leur a permis d’assister à des changements dans la structure cristalline. “L’astuce consiste à laisser l’impact d’astéroïde simulé se dérouler suffisamment lentement pour pouvoir le suivre avec la lumière à rayons X, mais pas trop lentement, afin que les effets typiques d’un impact d’astéroïde puissent toujours se produire”, a déclaré Liermann.
Examiner un impact seconde par seconde
Des expériences sur une échelle de secondes se sont avérées être la bonne durée. Cela simule approximativement la rapidité avec laquelle un impacteur peut affecter le paysage qu’il rencontre. Essentiellement, il transforme une prairie tranquille en un bouleversement en expansion rapide, faisant fondre la roche et transformant la surface en un trou en un laps de temps extrêmement court. L’expérience à Iéna s’est concentrée sur les actions d’une fraction de seconde de l’impact.
“Nous avons observé qu’à une pression d’environ 180 000 atmosphères, la structure de quartz s’est soudainement transformée en une structure de transition plus compacte, que nous appelons de type rosiaite”, a rapporté Christoph Otzen, membre de l’équipe, qui rédige sa thèse de doctorat sur ces études. (Techniquement, la rosiaite est un minéral oxydique et l’homonyme de la structure cristalline connue à partir de divers matériaux. Il ne se compose pas de silice, mais d’un antimonate de plomb (un composé de plomb, d’antimoine et d’oxygène).)
« Dans cette structure cristalline, le quartz rétrécit d’un tiers de son volume. Les lamelles caractéristiques se forment exactement là où le quartz se transforme en cette phase dite métastable, que personne n’a été en mesure d’identifier dans le quartz avant nous », a déclaré Otzen.
Au-delà des impacts
Comprendre les impacts des astéroïdes sur notre planète (et sur d’autres) donne beaucoup d’informations sur l’interaction entre ces roches spatiales et les surfaces planétaires. Après tout, les événements d’impact ont façonné nos mondes, à commencer par les premières collisions de planétésimaux au début du système solaire. La Terre a été frappée à plusieurs reprises et n’est pas encore à l’abri des dangers des impacts. Il est donc important de comprendre les forces complexes à l’œuvre lorsque quelque chose de l’espace frappe notre planète.
Cependant, l’étude de l’équipe d’Iéna a des implications au-delà de l’étude des événements de cratérisation, selon Langenhorst. “Ce que nous avons observé pourrait être une étude modèle pour la formation de verre dans des matériaux complètement différents tels que la glace”, a souligné Langenhorst. «Ce pourrait être le chemin générique par lequel une structure cristalline se transforme en une phase métastable dans une étape intermédiaire lors d’une compression rapide, qui se transforme ensuite en une structure de verre désordonnée. Nous prévoyons d’approfondir cette question car elle pourrait être d’une grande importance pour la recherche sur les matériaux.
Pour plus d’informations
Impact d’astéroïde au ralenti
Preuve d’une phase de silice à haute pression structurée en rosiaite et sa relation avec l’amorphisation lamellaire dans le quartz
