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Imaginez un voyageur venu de l’espace, qui traverse l’atmosphère d’une planète bleue et lumineuse pour atterrir sur un monde peuplé de créatures étranges aux multiples tentacules. Cela ressemble à quelque chose des pages d’un roman de science-fiction, mais c’est une histoire vraie et c’est écrit dans la pierre. La pierre se trouve au Field Museum of Natural History de Chicago, l’une des quatre dalles inhabituelles d’un champ de météorites récemment ouvert.
À l’occasion de l’Exposition universelle de 1893, la collection de curiosités qui deviendra le Field Museum comprend 170 météorites. Le musée abrite aujourd’hui le Centre Robert A. Pritzker de météorologie et d’études polaires, avec une collection qui comprend plus de 15 000 météorites provenant de plus de 1500 chutes. «Une chute», explique Philipp Heck, conservateur associé du Centre Pritzker, «est un événement dans lequel l’arrivée d’une météorite est observée et enregistrée». Cela permet d’identifier les fragments de cet événement. Les météorites non identifiées à une chute sont connues dans le domaine des météorites comme des «trouvailles».
Le musée a des morceaux de nombreuses météorites célèbres. Il y a un vestige de mille livres de la météorite Canyon Diablo qui a creusé le grand cratère de météores dans le désert de l’Arizona. Il y a des fragments du météore de Tcheliabinsk, qui a fait une descente fougueuse sur la Russie en 2014. Il y a même une météorite qui est tombée dans un garage de l’Illinois en 1938, exposée à côté du siège troué et du silencieux bosselé de la voiture. Sur une photographie prise peu de temps après la chute, le propriétaire du véhicule semble plutôt consterné.
Mais probablement les météorites les plus intrigantes de la collection sont quatre qui sont intégrées dans des dalles de calcaire. Ils sont entourés par une décoloration blanchâtre de la roche, preuve de quelque chose lessivant d’eux. Ce sont des météorites fossiles. L’un d’entre eux, notre visiteur céleste précité, repose à quelques centimètres seulement de la coquille minéralisée d’un céphalopode, un mollusque éteint apparenté au nautile moderne. Les fossiles de créatures marines préhistoriques sont communs dans les roches datant de la période Ordovicien, qui a duré de 500 à 435 millions d’années. Mais les météorites fossiles sont rares. En fait, ils étaient inconnus jusqu’en 1952, lorsque la première découverte a été faite en Suède. À ce jour, seulement 115 ont été trouvés, presque tous dans une seule carrière.
La carrière de Thorsberg
Parmi les collines boisées le long de la rive sud-est du lac Vänern, dans le sud de la Suède, une ligne de falaises de couleur rouille domine un petit lac où le calcaire a été exploité pendant de nombreuses années. C’est la carrière de Thorsberg, près de la ville de Kinnekulle. Les striations dans la pierre représentent des couches de sédiments déposés sur des millions d’années, lorsque cet endroit était au fond d’une ancienne mer. A cette époque, il n’y avait pas d’animaux terrestres ou même de vrais vertébrés; les premiers dinosaures étaient encore 230 millions d’années dans le futur. La vie était dans l’océan, grouillant de créatures disparues depuis longtemps. Les trilobites sabordaient le fond de la mer et les crinoïdes agités paresseusement avec le mouvement de l’eau. Parmi eux se trouvaient des céphalopodes nains du genre Orthoceras, le prédateur de l’apex, résidant dans une longue coquille conique, tentacules à tâtons pour n’importe quelle créature malchanceuse qui deviendrait son prochain repas.
C’était le modèle de la vie dans l’océan Ordovicien; préservé par le long et lent processus de fossilisation pour enregistrer un chapitre dans l’histoire de la vie sur Terre. Mais quelque chose d’extraordinaire est arrivé au milieu de la période ordovicienne. Les météorites ont commencé à tomber parmi les futurs fossiles, beaucoup d’entre eux. Lorsque les météorites se sont installées dans le fond de la mer, elles ont été enterrées avec les restes des créatures marines pour devenir elles-mêmes des fossiles. Et tout comme les animaux fossilisés racontent une histoire sur l’histoire de la vie sur Terre, les météorites fossiles racontent un chapitre de l’histoire du système solaire.
Le corps de parenté de L Chondrite
Cette histoire commence dans la ceinture d’astéroïdes. La grande majorité des météorites qui tombent sur Terre proviennent de cet anneau de corps irréguliers et rocheux qui n’ont jamais réussi à former une planète. Les astéroïdes se bousculent parfois et quand ils le font, les morceaux qui en sont brisés sont parfois envoyés vers la Terre. Mais il y a 470 millions d’années, il y a eu une collision titanesque parmi les astéroïdes. Il a brisé l’un d’entre eux complètement dans la plus grande rupture que le système solaire a vu au cours des 3 derniers milliards d’années. D’immenses quantités de débris provenant de cette collision ont été projetées vers le système solaire interne, où elle a rapidement soumis la planète Terre à un intense bombardement. Sur une échelle de temps cosmique, le nombre de météorites tombant sur Terre a sauté du jour au lendemain. Les scientifiques se réfèrent maintenant à cet astéroïde condamné comme le corps de parent de L Chondrite (LCPB).
C’est tout à fait une histoire, mais comment pouvons-nous savoir que c’est vrai? Après tout, les trilobites ne nous ont laissé aucun journal d’observation. La nature, cependant, nous a laissé de nombreux indices dans les couches calcaires de la carrière de Thorsberg et dans les météorites elles-mêmes. La cosmochimie est l’étude de la composition des matériaux dans l’univers et des processus qui les ont produits. Comme des détectives traquant un mystère, Heck et ses collègues ont utilisé une combinaison de géologie et de cosmochimie pour reconstituer l’histoire du LCPB.
La première étape pour prouver l’histoire est de vérifier que les objets trouvés dans la carrière de Thorsberg sont des météorites. «Il n’est pas facile d’identifier une météorite en la regardant simplement», explique Steve Zitowsky, qui travaille au Pritzker Centre du Field Museum. « Les gens nous envoient beaucoup d’objets qu’ils ont trouvés, pensant qu’ils pourraient être une météorite. Habituellement, ils ne le sont pas. »Zitowsky tient à jour la base de données des météorites du musée, en pesant, en mesurant et en photographiant chaque nouveau spécimen. «J’ai aussi trouvé les bestioles», dit-il avec une satisfaction évidente, en examinant les dalles avec les météorites fossiles.
Identifier les fossiles comme des météorites pose également un défi particulier. Ils ont été enterrés et incrustés dans la pierre pendant des centaines de millions d’années. Tout comme les coquillages subirent un changement minéralogique, se transformant en pierre au cours des âges, les météorites aussi. Les météorites, bien sûr, étaient déjà en pierre, mais ils ont subi un processus appelé diagenèse, qui change leur teneur en minéraux. C’est ce qui a causé la décoloration blanchâtre dans la pierre qui les entoure. Les chercheurs doivent étudier leur structure microscopique, ainsi que leur composition chimique, pour s’assurer de leur identité.
La présence de la chromite minérale (FeCr2O4) dans les fossiles était une chose qui les identifiait comme des météorites. « Chromite est très résistant à la diagenèse », dit Heck. Un autre don important est la présence de chondrules: de petites particules rondes trouvées à l’intérieur de la météorite.
Types de météorites
Bien que les météorites existent en plusieurs variétés, il existe trois types de base: le fer, le fer pierreux et le caillouteux. Les météorites pierreuses sont de loin les plus communes, représentant environ 96% de celles qui tombent sur Terre. Ils sont composés en grande partie de minéraux silicatés, tels que l’olivine et le pyroxène. Les météorites de fer, comme son nom l’indique, sont principalement du fer, bien qu’elles contiennent souvent d’autres éléments, tels que le nickel et le cobalt. Les fers à cailloux, les plus rares des trois types, combinent les caractéristiques des deux autres.
Le type de météorite dépend de l’endroit d’où il provient dans le corps parent qui s’est séparé pour le produire. Certains astéroïdes sont différenciés – c’est-à-dire qu’ils ont un noyau de fer entouré d’un manteau rocheux et d’une croûte, tout comme la Terre. La différenciation se produit lorsqu’un corps est chauffé par des collisions ou de la radioactivité au point où ses matériaux peuvent s’écouler. Les météorites de fer proviennent du noyau d’un tel corps, les fers de pierre d’une région étroite entre le noyau et le manteau, et les météorites pierreuses du manteau et de la croûte.
Les météorites pierreuses proviennent également d’astéroïdes non différenciés. Certains astéroïdes n’ont jamais été assez chauds pour former un noyau de fer, mais ont généré assez de chaleur pour faire fondre des morceaux de matériaux qui y sont incorporés. Ces grains minéraux fondus sont appelés chondres et les météorites qui les contiennent sont appelés chondrites. L’examen microscopique des météorites fossiles montre qu’elles sont toutes des chondrites.
Ayant établi que les pierres incrustées dans la carrière sont des météorites, et en particulier qu’elles sont des chondrites, les scientifiques peuvent-ils aller plus loin en démontrant qu’ils proviennent tous du même organisme parent? En fait, ils peuvent, parce que les chondrites existent en plusieurs variétés. La famille des chondrites ordinaires (il y en a aussi quelques-unes qui ne seront pas abordées ici) comprend trois types de base: Ce sont les chondrites H, L et LL. Les chondrites H ont une teneur en métaux relativement élevée; les chondrites L ont une faible teneur en métal; et les chondrites LL ont à la fois une faible teneur globale en métaux et une faible teneur en fer par rapport aux autres météorites pierreuses. Parmi les météorites qui tombent sur Terre aujourd’hui, 38% sont des chondrites L. En revanche, toutes les météorites fossiles trouvées à ce jour sont toutes des chondrites L. Ils étaient le type prédominant de météorite dans l’Ordovicien et de plus, ils venaient tous du même astéroïde, le L Chondrite Parent Body.
La pluie de météores d’un million d’années
Que s’est-il passé après que le LCPB se soit désintégré? La distribution des météorites dans la carrière fournit un indice. Le calcaire dans lequel ils sont incorporés a été déposé sous forme de couches qui sédimentent pendant des millions d’années. Les couches inférieures sont les plus anciennes et les couches supérieures sont les plus jeunes. Les géologues déterminent l’âge des couches par plusieurs méthodes. En appliquant les taux de sédimentation mesurés dans les environnements modernes, ils peuvent estimer combien de temps il a fallu pour construire une couche. Les fossiles d’index, qui sont des fossiles d’espèces connues pour avoir vécu à un moment donné, peuvent déterminer l’âge d’une couche spécifique. Il y avait de nombreuses espèces de mollusques Orthoceras et ils sont si communs à Kinnekulle que le calcaire est appelé orthocératite. Enfin, les produits de désintégration issus de la radioactivité naturelle peuvent dater les roches.
Une combinaison de ces méthodes montre que les L chondrites ont commencé à arriver ici il y a un peu moins de 470 millions d’années. Et quand ils sont arrivés, ils sont venus en masse. Birger Schmitz de l’Université de Lund en Suède recherche depuis 1993 dans la carrière de Thorsberg des météorites fossiles. La recherche a couvert tout l’ancien fond marin qui a été exploité depuis lors. «Il y a une augmentation claire et confirmée de deux ordres de grandeur du flux de petites météorites vers la Terre», explique Schmitz. « L’abondance des météorites sur le fond marin de l’Ordovicien est beaucoup trop élevée pour être expliquée par un flux de météorites similaire à celui d’aujourd’hui. » Lorsque les débris de la rupture LCPB ont commencé à atteindre cette planète, les météorites sont tombées 100 fois le taux moderne pour un million d’années. En outre, les données provenant des cratères préservés indiquent également une augmentation de l’ordre de grandeur du flux de petits astéroïdes. Il devait y avoir des pluies de météores spectaculaires, mais malheureusement personne n’était là pour les voir.
Le L Chondrite Express
Non seulement les L chondrites bombardent la Terre en grand nombre, mais ils l’ont fait très rapidement. Le temps de voyage typique pour une météorite est de millions à des dizaines de millions d’années. C’est le moment où le corps de ses parents se sépare et où un morceau tombe sur Terre comme une météorite. Les météorites fossiles, cependant, ont commencé à arriver quelques dizaines de milliers d’années après la dissolution du LCPB. « Ils sont venus chez nous par livraison express », explique Heck.
Comment est-il possible de savoir combien de temps une météorite a traversé l’espace interplanétaire? Il devrait y avoir une sorte d’horloge intégrée. Il y a une telle horloge et les cosmochimistes sont capables de la lire en mesurant la quantité de certains isotopes rares des éléments qui se trouvent dans la météorite.
L’horloge fonctionne comme ceci: Chaque atome de chaque élément a un nombre de masse égal au nombre combiné de protons et de neutrons dans son noyau. Par exemple, l’hélium avec deux protons et deux neutrons a un nombre de masse de 4 et s’écrit 4He. De même, un atome de néon a normalement 10 protons et 10 neutrons et est noté 20Ne. Dans de rares cas, une réaction nucléaire peut produire un noyau avec moins ou plus de neutrons que la normale, ce qui donne des isotopes comme 3He (2 protons, 1 neutron) ou 21Ne (10 protons, 11 neutrons). Sur Terre, les néons naturels ne représentent qu’environ un quart de pourcentage de 21Ne; l’hélium naturel n’a qu’un dix-millième d’un pourcentage de 3He. Ces noyaux rares sont produits par les rayons cosmiques, le rayonnement de haute énergie qui imprègne l’espace extra-atmosphérique, et sont appelés isotopes cosmogéniques.
Alors qu’un astéroïde est intact, la roche à l’intérieur est protégée des rayons cosmiques et les isotopes cosmogéniques ne sont pas produits. Lorsque l’astéroïde se sépare, les fragments sont exposés aux rayons cosmiques et la production d’isotopes cosmogéniques commence. Lorsque le fragment tombe sur Terre sous forme de météorite, il est de nouveau protégé par l’atmosphère terrestre et la production des arrêts isotopiques cosmogéniques. Ainsi, la quantité d’isotopes cosmogéniques dans la météorite fournit une mesure de combien de temps il voyageait dans l’espace.
Heck et ses collègues ont étudié les météorites fossiles pour les isotopes cosmogéniques de 3He et 21Ne, en comparant les résultats avec les couches de roches où ils ont été trouvés. Leur résultat remarquable était que plus la couche de roche était ancienne, moins les météorites avaient passé de temps en transit. C’est en gros le résultat auquel vous vous attendez si toutes les météorites provenaient d’un seul et même corps de parents, ceux qui faisaient le voyage le plus court restant ici le plus longtemps. Ce qui est surprenant, cependant, c’est le peu de temps qu’il leur a fallu pour arriver ici. Ce voyageur céleste mentionné au début de l’article a passé seulement 50 000 ans sur son voyage ici, seulement 1 pour cent du temps de voyage d’une météorite typique. Comme si être intégré à un céphalopode ne le rendait pas assez rare. L’explication probable de ce transit rapide, dit Heck, est que la rupture s’est produite près d’une résonance orbitale, un endroit où la gravité de Jupiter les a tirés hors de la ceinture d’astéroïdes et sur une autoroute reliée à la Terre.
Météorites avant la rupture
C’est un bon nombre de preuves pour soutenir l’histoire d’une collision cataclysmique d’astéroïdes suivie d’une pluie de L chondrites sur Terre, mais il y a encore une autre façon de le vérifier. Qu’en est-il des L chondrites avant la dissolution du LCPB? Nous savons que les L chondrites ont dominé le flux des météorites au milieu de l’Ordovicien, mais aujourd’hui, ils ne représentent qu’un peu plus du tiers des météorites qui atterrissent ici. Donc, une autre façon de vérifier l’histoire d’une grande rafale de météorites du LCPB est de voir comment les chondrites L étaient communs ou rares au début de l’Ordovicien. Le problème est de savoir comment vérifier les chondrites L quand il y a si peu de météorites à trouver. La réponse est micrométéorites.
Le matériel météoritique tombe constamment sur Terre. La planète gagne généralement environ cinq tonnes par an de météorites, la plupart sous la forme de minuscules grains ou de fragments microscopiques provenant de corps plus gros. Avec les méthodes chimiques appropriées, ces micrométéorites peuvent être récupérées à partir du calcaire. Dans une étude internationale récente, des scientifiques ont récupéré des micrométéorites d’une carrière russe et étudié leurs isotopes pour déterminer leur type. Ils ont trouvé que, avant 470 millions d’années, la plupart des météorites tombant sur Terre étaient des achondrites; c’est-à-dire des météorites pierreuses sans chondres. L chondrites étaient très rares. Une fois de plus, l’histoire du LCPB est vérifiée.
Ce genre de recherche cosmochimique, cependant, pourrait aller bien au-delà de la vérification de l’hypothèse d’une seule rupture d’astéroïdes. Schmitz a suggéré que, tout comme les géologues utilisent des strates de roches et que les biologistes utilisent des strates de fossiles pour décrire la progression de l’histoire de la Terre, les astronomes pourraient utiliser des matériaux météoritiques pour développer une astrostratigraphie qui pourrait ajouter à notre compréhension de cette histoire. Au fil des ans, certains scientifiques ont conjecturé que les météorites étaient au moins partiellement responsables des extinctions de masse et des événements évolutifs qui ont suivi. Jusqu’ici, seul le Meteor de Chicxulub, qui a frappé à la fin de l’ère des dinosaures, est connu pour être associé à un tel événement. Une compréhension plus approfondie des météorites fossilisées et des micrométéorites pourrait en outre tester de telles hypothèses.
Les Chicago L Chondrites
Le Field Museum a exposé ses quatre météorites fossiles dans une section qui a été ajoutée à l’exposition de météorites au début de 2017. Ce sont les seules météorites fossiles de l’hémisphère occidental, elles occupent donc une place prépondérante dans l’exposition. Même ainsi, ils ne sont pas seuls, car le LCPB n’est pas encore fini avec nous.
Peu avant minuit le 26 mars 2003, les habitants de Park Forest, Illinois, ont été surpris par ce que beaucoup pensaient être une bombe. Des éclairs lumineux dans le ciel, des booms retentissants et des débris tombant ont été signalés dans toute cette banlieue de Chicago. C’était, bien sûr, une météorite. Plusieurs maisons ont été touchées et une grève a laissé les occupants regarder un trou de la taille d’une balle molle dans leur plafond. Heureusement, personne n’a été blessé. Pour le Chicago Center for Cosmochemistry de l’Université de Chicago et pour le Field Museum, l’automne était une aubaine. Lorsque les fragments ont été recueillis et étudiés, ils ont été trouvés à L chondrites de la même source que les fossiles dans la carrière de Thorsberg. Des morceaux de la météorite Park Forest se trouvent maintenant dans une vitrine aux côtés des météorites fossiles de Suède. Après 470 millions d’années, ils sont enfin réunis.
La Source: http://bit.ly/2niMAUC
