Une météorite 200 fois plus grosse que celle qui a tué les dinosaures a changé le cours de l'évolution sur Terre.

• Il y a 3,26 milliards d'années, une météorite d'une masse 50 à 200 fois supérieure à celle associée aux dinosaures a percuté la Terre.

• L'impact a provoqué des tsunamis, un réchauffement des océans et une obscurité totale, mais il a également transporté du phosphore et ramené à la surface des eaux profondes riches en fer.

• Ces nutriments ont peut-être aidé les microbes utilisant le fer à se rétablir rapidement, ce qui montre que les expositions précoces peuvent à la fois favoriser et détruire la vie.

Il y a 3,26 milliards d'années, une météorite bien plus grosse que celle associée aux dinosaures a frappé la Terre, mais cette destruction a peut-être brièvement créé des conditions plus favorables pour certains des premiers micro-organismes de la planète.

Le diamètre de l'impacteur, S2, a été estimé entre 37 et 58 kilomètres, et sa masse entre 50 et 200 fois supérieure à celle de Chicxulub. L'impact a engendré un tsunami, réchauffé l'atmosphère, agité les océans et recouvert la surface de poussière.

Les roches de la ceinture de roches vertes de Barberton, en Afrique du Sud, témoignent des événements qui ont suivi la catastrophe. Ces vestiges révèlent un désastre qui a bouleversé la vie en eaux peu profondes, puis provoqué un afflux de fer et de phosphore, ce qui a probablement favorisé le rétablissement rapide des populations microbiennes.

Le tsunami a modifié la topographie des fonds marins.

L'impact s'est produit durant l'ère paléoarchéenne, lorsque les bactéries et les archées dominaient la Terre. Des astéroïdes géants ont percuté la jeune planète beaucoup plus fréquemment qu'aujourd'hui, probablement à intervalles d'au moins 15 millions d'années.

Pour reconstituer l'événement S2, la docteure Nadia Drabon de l'université Harvard et ses collègues ont étudié deux formations rocheuses appelées Umbaumba et Bruce Hill. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

Sur les deux sites, une couche de minuscules sphères formées par l'impact de la météorite, mêlées à des fragments plus gros, a été découverte. Ces couches débutent au niveau des surfaces d'érosion, contiennent des matériaux arrachés au fond marin et leur granulométrie s'affine à mesure que l'eau perd de l'énergie.

Ces formations sont très similaires aux dépôts de tsunami. Sur Bruce Hill, trois épais bancs de grès sphériques pourraient indiquer la présence de plusieurs courants puissants, de reflux ou de vagues réfléchies.

« Imaginez-vous au large de Cape Cod, en eau peu profonde. C'est un environnement où les courants sont faibles et les vagues peu puissantes. Et soudain, vous êtes frappé par un tsunami géant qui s'abat sur le fond marin et l'érode. ».

Le tsunami s'est formé rapidement. Les boules de neige ayant percuté la zone ont probablement atteint celle-ci en quelques heures, suivies d'un tsunami plus lent. Les petits débris se sont ensuite déposés dans l'eau, formant des couches qui se sont retombées sur plusieurs jours.

Chaleur, obscurité et évaporation de l'eau de mer

L'impact a non seulement provoqué de fortes vagues, mais a également vaporisé des roches, des matériaux en fusion et de la chaleur atmosphérique, qui auraient pu s'évaporer à plusieurs mètres, voire des dizaines de mètres, sous la surface de l'océan.

Des structures cristallines inhabituelles ont été découvertes au sein et immédiatement au-dessus des dépôts du glissement de terrain d'Umbaumba. Les minéraux d'origine se sont dissous et ont été remplacés par de la silice, mais leur forme a été préservée.

Une équipe de chercheurs avance l'hypothèse que ces structures se sont probablement formées à partir d'aragonite ou de nahcolite, des minéraux associés aux saumures concentrées. Certaines se sont développées au sein de roches sédimentaires, tandis que d'autres se seraient formées près de la surface avant de se déposer sur le fond marin.

Leur situation, directement au-dessus de la couche d'impact, favorise une évaporation partielle de l'eau de mer. Ces conditions ont pu persister pendant un peu plus d'un an, le temps que la chaleur et l'érosion modifient l'environnement côtier.

La poussière a ajouté une couche de confusion supplémentaire. Les particules libérées dans l'atmosphère pouvaient bloquer la lumière du soleil pendant des années, voire des décennies, et les particules en suspension rendaient l'océan trouble.

Cette combinaison de facteurs aurait eu un impact particulièrement important sur les microbes photosynthétiques. Le tsunami a également détruit les communautés microbiennes vivant en eaux peu profondes.

Le fer des profondeurs atteignit l'océan baigné de soleil.

Le même tsunami qui a causé la destruction a également mélangé des couches océaniques qui étaient auparavant restées chimiquement séparées.

Avant l'impact, les eaux peu profondes contenaient peu de fer dissous. Les eaux plus profondes contenaient beaucoup plus de fer ferreux, une forme que certains micro-organismes pouvaient utiliser.

Après S2, les concentrations en fer ont fortement augmenté. À Bruce Hill, les valeurs moyennes ont été multipliées par six environ. À Umbaumba, elles ont ensuite été multipliées par 17.

Les chercheurs ont examiné l'activité volcanique, le soulèvement de la croûte terrestre, les systèmes hydrothermaux et les variations de profondeur de l'eau. Les données obtenues n'ont pas révélé les changements attendus suite à une augmentation significative des matériaux volcaniques ou de l'activité hydrothermale globale.

L'explication la plus simple est le mélange des eaux océaniques. Le tsunami a probablement franchi la limite chimique séparant les eaux profondes riches en fer des eaux de surface pauvres en fer, amenant ainsi du fer ferreux dans la zone éclairée par le soleil.

Les niveaux de phosphore ont également augmenté. Dans un échantillon provenant de Bruce Hill, où l'on a trouvé le plus grand nombre de sphères d'impact, la concentration a atteint 1 300 parties par million.

Une partie du phosphore a probablement été incorporée à la météorite. Davantage de phosphore a été libérée car le tsunami a emporté les débris en mer, et la chaleur qui a suivi l'impact a accéléré l'altération des sols.

La vie microbienne s'est rapidement rétablie.

Les conséquences immédiates furent presque certainement néfastes. Les organismes vivant en eaux peu profondes furent confrontés à l'érosion des fonds marins, à l'obscurité, à la chaleur, à l'évaporation et à une eau trouble.

Cependant, les roches ne révèlent aucune trace d'un effondrement biologique prolongé. Au contraire, la composition chimique des minéraux riches en carbone et en fer indique que la vie a persisté et s'est peut-être rapidement rétablie.

Les bactéries et les archées peuvent former des populations immenses, se reproduire rapidement et posséder un métabolisme flexible. Par conséquent, leur rétablissement a pu être beaucoup plus rapide que celui des populations animales après l'impact de la météorite de Chicxulub.

Le signal biologique le plus fort est associé au cycle du fer. Des concentrations plus élevées de fer divalent dans les eaux peu profondes auraient pu favoriser le développement de micro-organismes utilisant le fer pour la photosynthèse. Le fer oxydé ainsi produit aurait pu permettre à d'autres micro-organismes de consommer de la matière organique par réduction du fer.

Les oxydes de fer, la sidérite et les minéraux apparentés sont devenus exceptionnellement abondants au-dessus de l'horizon d'impact. La sidérite est fréquemment associée à de la matière organique, ce qui corrobore l'hypothèse selon laquelle la réduction microbienne du fer a facilité sa formation dans les roches sédimentaires.

Les valeurs isotopiques du carbone se sont également stabilisées dans les couches riches en fer et pauvres en débris recyclés. Ce phénomène suggère un lien entre une modification du cycle du carbone et l'apparition soudaine de fer, bien que des incertitudes subsistent.

« On a tendance à considérer les collisions avec des obstacles comme néfastes à la vie », explique Drabon. « Mais cette étude souligne que ces collisions pourraient être bénéfiques à la vie, surtout au début… ces collisions pourraient en fait permettre à la vie de s’épanouir. ».

Implications pratiques de l'étude

Les données S2 modifient l'approche des scientifiques quant à l'évaluation des impacts à grande échelle sur la biosphère primitive. La destruction n'était qu'un aspect des conséquences.

Pour les micro-organismes vivant près de la surface, les premières années ont pu être synonymes de stress intense, voire de mort. Les organismes vivant plus profondément dans l'eau, notamment ceux qui ne dépendent pas de la lumière du soleil, ont probablement subi des conséquences moins immédiates.

Une fois la poussière dissipée et l'eau évaporée revenue, davantage de nutriments et de fer assimilable sont devenus disponibles dans l'océan. Ces changements pourraient avoir déclenché une prolifération temporaire de micro-organismes impliqués dans le cycle du fer.

Ces découvertes fournissent aux géologues des indices pour étudier d'autres sites d'impact de météorites anciennes, notamment les dépôts de tsunamis, les minéraux évaporitiques, les pics de phosphore, les couches riches en fer et les changements dans la chimie du carbone.

Ces exemples montrent également pourquoi les conséquences initiales des catastrophes ne peuvent être jugées uniquement à l'aune des extinctions massives qui s'ensuivent. Sur Terre, où les micro-organismes prospèrent, une catastrophe peut détruire des habitats, en créer de nouveaux et accroître temporairement les ressources disponibles pour la vie.

Les résultats de l'étude sont disponibles en ligne dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

L'article original, intitulé « Une météorite 200 fois plus grosse que le tueur de dinosaures a changé le cours de l'évolution sur Terre », a été publié par The Brighter Side of News.

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