Comment et pourquoi les dinosaures ont-ils disparu?

PSIR – SEPA (2014)
Projet Scientifique d’Initiation à la Recherche
(PSIR)
Comment et pourquoi les dinosaures ont-ils disparu?
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*
Groupe esaip – 18 rue du 8 mai 1945, CS 80022 49180 St Barthélémy d’Anjou Cedex
ARTICLE INFO
ABSTRACT :
Article history:
Received 09 January 2014
The dinosaurs extinction debate by a major catastrophe or a severals natural phenomenons
at the K/T period depends of geological data. In fact, geochemical, stratigraphic and
sedimentological analyses allowed to formulate severals viable hypotheses. However those
hypotheses cannot bring the absolute proof of a unique cause. Stratigraphy demonstrates that
the massive dinosaurs extinction occured during important disorders. Dinosaurs disappeared in
mass and in a short time around 65 Ma environ ago. A high level of iridium in stratigraphic
layers shows that the meteoritic impact could be a cause of this extinction. Nonetheless, carbon
fossils datation indicates that species disparition began before the impact. A lot of magmatic
rocks and some chemical element prove that the volcanic activity was intense during severals
million years before the impact. This activity could have affected an important part of the
biosphere. In this way the conjunction of causes could be the raison of species exctinction as
dinosaurs.
Keywords:
Impact météoritique
Volcanisme
Eustatisme
Extinction massique
1. INTRODUCTION
Les hypothèses sur les raisons de l’extinction des
dinosaures sont nombreuses et les recherches ne
cessent d’évoluer (ALLEGRE, 2005). La théorie de
l’impact stellaire est la plus connue des hypothèses
(ALVAREZ, et al., 1980) et semble être admise par tous.
Cependant, l’avancée des recherches, notamment les
techniques de datation, remettent en question les
hypothèses tablant sur une cause unique ayant menée à
cette extinction de masse.
Le Crétacé est la troisième période du Mésozoïque
s’étalant de - 145Ma à - 65Ma. Lors de cette ère la
Pangée (supercontinent) a fortement évolué au point
que l’on puisse distinguer les continents tels qu’ils sont
aujourd’hui. Cependant, il existait des « ponts » reliant
les continents qui étaient encore très proches les uns
des autres (LE LOEUFF, et al., 1998).
Dès le début du Mésozoïque, des activités géologiques,
sismiques et volcaniques intenses ont provoqué de
nombreux changements sur les écosystèmes tels que la
disparition de 70% des espèces à la fin du Crétacé
(LETHIERS, 1998).
En effet, un des facteurs significatifs de cette période
est la variation du niveau des mers engendrée par des
phénomènes volcaniques importants dans les fonds
marins (dorsale océanique).

*Contact : [email protected]
De plus, la fin du Crétacé est marquée par l’impact
d’un astéroïde bouleversant l’ensemble des conditions
de vie des espèces vivantes.
Les hypothèses d’une extinction de masse suite à cet
évènement sont aujourd’hui remises en cause. La
datation de fossiles et des études sur les évolutions de la
faune mettent en évidence la disparition de certaines
espèces avant l’impact cosmique (KELLER, et al., 2004).
Les études minéralogiques et géochimiques ont
récemment démontré que les changements qui ont eu
lieux au cours de la fin du crétacé sur l’ensemble de
l’écosystème ont été assez importants pour provoquer la
disparition des espèces.
Les phénomènes de perturbation climatiques qui se
sont accumulés sur la biosphère ont eu pour effet
d’appauvrir le milieu nécessaire à la vie des espèces
dominantes comme les dinosaures.
Pour essayer de comprendre au mieux l’extinction des
dinosaures, nous nous sommes interrogés sur les
différentes hypothèses et études que différents
chercheurs ont réalisées sur cette énigme.
Il semble scientifiquement correct de penser que la
réunion de trois causes ayant eu lieu à la fin du Crétacé
ait affecté la chaîne alimentaire à tous les niveaux. En
par la crise planctonique via le retrait des mers et le
refroidissement terrestre et l’appauvrissement de la
biosphère continentale engendrée par le volcanisme
intense et l’impact d’un élément extraterrestre.
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*/ PSIR SEP A (2014)
2
2. UNE CRISE INSTANTANEE A L’ECHELLE DES TEMPS GEOLOGIQUES
2.3. Paléontologie
2.1. La notion de crise instantanée
L’étude des fossiles permet d’établir la période à
laquelle une espèce vivait et à quelle famille elle
appartenait.
L’apparition de nouvelles espèces de foraminifères,
êtres-vivants unicellulaire au squelette perforé, prouve
une crise biologique du milieu marin dans l’intervalle K/T
(2000)
En effet, les recherches ont fait remarquer qu’une
grande partie des espèces de grandes tailles est
remplacée par de nouvelles espèces cosmopolites de
petites tailles (HARTENBERGER, 2001). Chaque crise
biotique met en concurrence les espèces survivantes et
permet le développement de nouvelles espèces
adaptées au milieu.
Les études du GSSP (Global Boundary Stratotype
Section and Point ou Point Stratotypique Mondial PSM)
ont établi qu’une importante crise du plancton a eu lieu
à la période K/T (KELLER, et al., 2004). Ceci est
représenté par la courbe des carbonates 13C ci-dessous
(Fig.2)
Il est important de définir clairement la notion
d’échelle des temps lorsqu’on étudie la stratigraphie des
diverses couches géologiques. Les ères sont
généralement marquées par des crises. Une des crises
les plus connues à ce jour est la crise entre le Crétacé (fin
du Mésozoïque) et le Tertiaire. Cette crise a été
marquée par la disparition de nombreuses espèces
animales et végétales (FICHTER, et al., 1984).
La figure 1 montre l’évolution du nombre de genres en
fonction des années (en millions). Cinq crises ressortent
de ce graphique puisque l’on peut voir à cinq instants
différents que le nombre de genres a subitement
diminué. On remarque également qu’après chaque crise,
les genres se diversifient et leur nombre augmentent.
Enfin, à la période K/T, environ 45% des genres
disparaissent. Cela est un signe d’une crise majeure.
Fig.1. Évolution du nombre de genres durant le Phanérozoïque
(ADATTE, 2003)
D’autre part, les ruptures dans les strates rocheuses
témoignent d’une crise géologique sur un court laps de
temps, tel que le bouleversement global connu à la fin
du Crétacé.
Fig.2. Critères définissant le GSSP de la limite K/T à Kef, Tunisie.
(KELLER, et al., 2004)
2.4. Géochimie
2.1. Géologie
Au sud de la Chine, des scientifiques ont découvert
dans les couches sédimentaires du bassin de Nanxiong,
province de Guangdong, des fossiles de coquilles d’œufs
et de nids de dinosaures et d’autres vertébrés
comportant des taux élevés en Iridium.
Des études géologiques menées à travers le monde
(COMMENT, 2006) ont mis en évidence :

Des concentrations élevées en Iridium dans
les sédiments alors qu’il s’agit d’un élément
rare de la croûte terrestre,

Des déformations lamellaires dans des
échantillons de minéraux choqués

Des spinelles nickélifères.
Le bassin de Nanxiong est un terrain vallonné avec des
collines inférieures à 50 mètres de hauteur. La couche
sédimentaire de l’intervalle Crétacé-Tertiaire est
largement développée et peut atteindre jusqu’à 7000
mètres (ZHAO, et al., 2002).
Trois sites de fouilles ont été choisis pour des
recherches : la section CGF-CGT, la section CGD–CGY et
la section CGH (Fig.3)
2.2. Lithologie
La présence d’argile sombre, entre des couches plus
marneuse, a été identifiée à la limite de la période
Crétacé – Tertiaire (K/T). Cette couche peut s’expliquer
par un arrêt de la sédimentation. Ce lit d’argile,
d’environ 60 cm, provient d’une forte teneur en matière
organique (Fig.2 (KELLER, 2004))
3
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limite K/T. Dans un échantillon de 22 coquilles d’œufs
prélevés dans la section CGT–CGF (Fig. 4.), on observe
les des variations similaires à la limite K/T.
Fig.3. Localisation des sites de fouilles dans le bassin de
Nanxiong (ZHAO, et al., 2002)
Durant le règne des grands reptiles et cela jusqu’à la
fin du Jurassique, l’essentiel de la flore continentale conifères, fougères arborescentes, cycadales - a été
substituée par des angiospermes. (MICHARD, 1989) Des
études palynologiques ont permis de définir sur
différents sites à travers le monde la position de
l’intervalle sédimentaire Crétacé-Tertiaire. Notamment,
dans cette région la couche sédimentaire aurait une
épaisseur d’environ 20 m et serait située dans un
intervalle stratigraphique de 57-78 m (ZHAO, et al.,
2002).
Fig.4. Évolutions des concentrations de 10 éléments-traces
contenus dans 24 échantillons de coquilles d’œufs de
Macroolithus yaotunensis provenant de la section CGY-CGD.
(ZHAO, et al., 2002)
Sur les sites de fouilles, des nids de dinosaures et des
coquilles d’œufs de Macroolithus yaotunensis, espèce
servant de base à l’étude, ont été retrouvés en très bon
état de conservation. L’excellente préservation de la
géométrie des nids laisse penser que la ponte et le dépôt
des sédiments sont presque synchrones (ZHAO, et al.,
2002).
Les analyses de plusieurs échantillons de coquilles
d’œufs ont relevés des taux en iridium (Ir) anormaux. Les
-12
valeurs sont exprimées en ppt (10 g/g).
Dans l’échantillon de la section montagneuse CGY–
CGD, les analyses ont mis en évidence deux pics
d’iridium : 118 ppt à 60-63 m et 117,6 ppt à 52-55 m.
Ces valeurs sont 19 fois plus élevées que le taux habituel,
inférieur à 66 ppt.
Par ailleurs, dans la section CGT–CGF, l’enrichissement
en iridium est semblable à celui observé dans la section
précédente. Le pic le plus haut est de 168 ppt, à 63-66
mètres, soit approximativement 28 fois le taux d’iridium
habituel.
Enfin, des analyses des fossiles situés dans les couches
inférieure et supérieure à l’intervalle K/T ne révèlent
aucun pic d’Iridium. Ainsi, les concentrations élevées en
iridium dans les coquilles d’œufs de Macroolithus
yaotunensis prouvent l’existence d’une crise de la
biosphère.
Les chercheurs asiatiques s’intéressèrent également
aux éléments-traces suivants : chrome (Cr), cobalt (Co),
fer (Fe), arsenic (As), sélénium (Se), calcium (Ca),
potassium (K), strontium (Sr), zinc (Zn), lanthane (La),
thorium (Th), vanadium (V), magnésium (Mn), plomb
(Pb) et nickel (Ni) (Fig.4 et Fig.5).
Parmi les éléments analysés dans cet échantillon de la
section CGY-CGD, les variations sont similaires et sept
éléments-traces présentent les taux maximums à la
Fig.5. Variations de plusieurs éléments-traces, dont l’élément
majeur Ca, contenus dans des coquilles d’œufs de Macroolithus
yaotunensis provenant de la section CGT-CGF (ZHAO, et al.,
2002)
Selon les chercheurs, la composition minérale des
coquilles aurait changé avant le début de leur
fossilisation.
D’autre part, ils ont mené des études paléobiologiques
qui révèlent des anomalies dans l’épaisseur des coquilles
et leurs microstructures. Parmi les coquilles d’œufs de
Macroolithus yaotunensis retrouvées dans et près de
l’intervalle K/T, 74% des coquilles de la section CGY-CGD
et 56% de la section CGT–CGF présentent des
pathologies. Les pathologies se traduisent par une
variation dans l’épaisseur des coquilles d’œufs et par
une enveloppe calcaire, la coquille, constituée par deux
ou plusieurs couches. Les scientifiques concluent alors
qu’il existe une relation entre la forte concentration en
iridium (et les autres éléments-traces) et la structure
anormale des coquilles d’œufs (ZHAO, et al., 2002).
Ils émettent l’hypothèse d’une bioaccumulation accumulation d’un polluant dans un être-vivant à partir
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du milieu naturel de l’être-vivant et des proies dont il se
nourrit - des éléments dans les organismes des
dinosaures à travers la nourriture, l’eau et l’air qu’ils
assimilaient.
4
1300 °C entre matériaux riches en nickel et une
atmosphère enrichie en dioxygène (LETHIERS, 1998).
Quelque soit leur origine, probablement une chute
d’aérosols venant d’élément extraterrestre ou
volcanique, les variations des concentrations en iridium
et autres éléments-traces mesurées dans les coquilles
d’œufs de Macroolithus yaotunensis du bassin de
Nanxiong témoignent, comme d’autres études à travers
le monde, qu’un bouleversement a eu lieu à la fin du
Crétacé.
Les diverses études réalisées ont soulevé différentes
hypothèses sur l’origine de la disparition des dinosaures.
3. TROIS HYPOTHESES PROBABLES
La communauté scientifique reconnaît trois
évènements avérés pouvant être à l’origine de
l’extinction des dinosaures. Il s’agit d’ :

Un impact cosmique

Une activité volcanique intense

Une forte régression marine.
Dans cette publication, ces hypothèses seront étudiées
indépendamment les unes des autres. De ce fait, une
preuve peut être utilisée pour justifier plusieurs
hypothèses.
3.1. Impact cosmique
Depuis son apparition, la Terre subi de nombreux
changements climatiques. Ces changements sont parfois
survenus suite à des impacts de météorites, dont celui
enregistré au Chicxulub, Yucatan, Golfe du Mexique
(BERGOEING, 2004).
Cet astéroïde mesurait plus de 10 km de diamètre et
laissa une structure circulaire de 180 km de
circonférence. Elle pénétra le sol terrestre à une vitesse
-1
de 20 km.s .
Cet astéroïde eu plusieurs conséquences irréversibles
pour la vie animale et végétale présente sur Terre à
l’époque K/T, notamment, dans le rayon impacté, où
toute trace de vie a été anéantie instantanément.
L’impact cosmique fut prouvé de différentes façons
détaillées ci-après.
3.1.1 Les preuves
a)
Pic d’Iridium
Dans le sol terrestre le taux normal d’Iridium est de
0,05 ng. A contrario, un gramme de météorite contient
dans les alentours de 500 ng d’Ir (LETHIERS, 1998).
À la limite K /T, les scientifiques ont mesurés des
-1
échantillons de sol contenant 10 à 100 ng.g d’Iridium
(Fig.6).
b)
Présence de magnétite nickélifère
La magnétite nickélifère est un minéral microscopique
n’existant ordinairement ni sur Terre ni dans les
météorites. Ce minéral est le résultat d’une fusion à
Fig.6. Répartition de l’iridium (pointillés, en parties par mille
milliard en poids) et des magnétites nickélifères (trait continu,
en nombre par mg) (DORLEANS, 2006)
Il est difficile de retrouver ces conditions réunies dans
les magmas terrestres. C’est pour cela que ces minéraux
ne peuvent provenir de roches volcaniques terrestres,
trop pauvres en Ni. Ce qui n’est pas le cas des roches
cosmiques. Les traces de magnétite nickélifère
retrouvées sur Terre correspondent à des conditions
extrêmes : une très haute température et une forte
concentration en Ni.
Suite à ces observations, la présence de magnétites
nickélifères dans les sédiments de la limite K/T apporte
bien la preuve de l'implication d'une météorite dans la
catastrophe.
De plus, les magnétites nickélifères ont été relevées
uniquement sur quelques millimètres de sédiments de la
limite K/T, ce qui atteste bien de la brièveté de
l'événement. (LETHIERS, 1998)
c)
Les minéraux choqués
Le quartz est un minéral typique des roches
continentales. L’abondance des quartzs choqués
retrouvées dans la couche K/T indiquait aux chercheurs
de continuer leurs recherches, pour trouver le lieu de
l’impact météoritique, dans les milieux continentaux.
(FRANKEL, 1996). Ce facteur aida pleinement à trouver le
lieu d’impact météoritique que l’on connait aujourd’hui.
Dans les cratères d'impact météoritique reconnus ont
été trouvés des minéraux (quartz, zircons, augites)
présentant des défauts en lamelles. La présence des
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minéraux choqués est reconnue dans de nombreux sites
où est enregistrée la limite K/T (ALVAREZ, 1998)
l’hypothèse du tsunami suite à l’impact météoritique qui
permit de l’identifier.
Lors de grossissement au microscope de ces minéraux,
on peut apercevoir sur leurs structures cristallines un
réseau de lamelles caractéristiques.
Cette modification est réalisée lorsque les minéraux
sont soumis à de fortes pressions et de façon très rapide.
Elles sont le résultat d'un mouvement d'ensemble des
atomes sous l'effet d'une forte contrainte.
De nombreux chercheurs et de nombreuses
expériences, réalisées notamment par J-C. Doukhan
(DOUKHAN, et al., 1996), montrent que seules les très
hautes pressions dues à l’impact d’une météorite
pouvaient, par leur brutalité, provoquer ce genre de
déformation.
3.1.3 Les effets résultants
L’impact a occasionné plusieurs conséquences tels
que :

L’absence de photosynthèse

La chute des températures

La dévastation de nombreux hectares de
forêts incendiés

La libération d’importantes quantités de CO2
3.1.2 Le lieu d’impact
Suite à la présence de plusieurs éléments trouvés dans
les sédiments étudiés lors de la limite K/T, plusieurs
questions restaient encore des énigmes à résoudre. La
présence anormale d’iridium réconfortait les chercheurs
dans leur hypothèse de l’impact météoritique mais une
question primordiale se posait : Où avait eu lieu
l’impact ?
S’il y avait eu un impact gigantesque dans l’océan cela
aurait engendré un tsunami colossal. Mais aucune
exposition de sédiments marins proche d’un océan n’a
été trouvé ce qui exclut que l’impact météoritique eut
lieu dans un océan. Mais Walter et Luis Alvarez
trouvèrent des traces de sédiments marins allochtones,
recouverts par des sédiments détritiques d’origine
continentale (ALVAREZ, 1998). Les chercheurs conclurent
que l’impact météoritique eut lieu, non pas dans un
océan mais, sur la croute continentale proche d’un
océan.
Suite à des recherches paléontologiques effectuées au
niveau du Brazos – fleuve traversant le Texas – des
chercheurs (ALVAREZ, 1998) découvrirent une couche de
sable différent des sédiments marins à grains fins
trouvés avant ou après la limite K/T.
J. Bourgeois, une sédimentologue expérimentée dans
les dépôts de tempêtes, prouva que les sédiments
retrouvés au sein du fleuve Brazos provenaient bel et
bien d’un tsunami gigantesque (BOURGEOIS, 1988).
Le fleuve Brazos se jette dans le golfe du Mexique. Le
chercheur A. Hildebrand fit des fouilles approfondies
dans cette zone. Après de nombreuses recherches, il
analysa un échantillon prélevé au fonds des Caraïbes au
nord de la Colombie présentant des anomalies
gravimétriques (HILDEBRAND, 1991).
Avec l’aide d’A. Hildebrand, W. Alvarez pût étudier les
carottes de sables prélevées dans cette zone. Il y
découvrit une couche de sable remplie de particules
argileuses. Cette couche était marquée par de fortes
rides témoignant de forts courants non habituels des
eaux profondes du Golfe du Mexique normalement
tranquilles (ALVAREZ, 1998). Toutes ces recherches
permirent de conclurent que le lieu d’impact eut bien
lieu au niveau de la péninsule du Yucatan et ce fut
a)
Obscurité
L’impact de l’astéroïde a dégagé jusqu’à la
stratosphère une énorme quantité de poussière. Cette
poussière a créé un voile opaque obscurcissant toute la
surface de la Terre dans un noir total pendant une durée
de 1 à 6 mois (DORLEANS, 2006).
La première conséquence de cette obscurité rendue la
photosynthèse en milieu continental et marin
impossible. Ce phénomène physique fut impossible
pendant toute la période durant laquelle la Terre était
plongée dans le noir totale.
Ainsi, cette absence de lumière eue des répercussions
sur toute la chaine alimentaire. Le nuage de poussière
intercepta la lumière solaire et bloqua la photosynthèse
des plantes et du plancton (BUFFETAUT, 2003). Ce
phénomène eut des conséquences différentes en
fonction du régime alimentaire des espèces. Les animaux
demandant d’importantes ressources alimentaires
disparurent sans exception (FRANKEL, 1996).
Les micropaléontologues (ALVAREZ, 1998) étudiant
cette crise ont constaté une phase d’extinction
dévastatrice du phytoplancton, espèces dépendant
entièrement de la photosynthèse. La raréfaction du
phytoplancton n’a pu qu’avoir de fortes conséquences
néfastes pour le zooplancton. La pyramide alimentaire
s’est alors effondrée engendrant des extinctions
considérables pour toutes les espèces dépendant du
phyto et zooplancton. Ce fut le cas pour les invertébrés
marins, des poissons mais également de certains reptiles
marins. Ce phénomène engendra l’extinction de
différentes espèces mais n’eut pas de conséquences sur
les espèces dites (BUFFETAUT, 2003).
De plus, les espèces herbivores moururent de famine
suite à l’impossibilité de se nourrir dû à l’impuissance de
régénération de la flore. La famine des herbivores eut un
impact direct sur la famine des carnivores se nourrissant
principalement des êtres herbivores.
Par ailleurs, l’obscurité engendrée par les poussières fit
chuter la température de quatre à cinq degrés.
(FRANKEL, 1996). Cette chute des températures est
prouvée grâce à l’analyse de squelettes calcaires des
fossiles planctoniques qui survécurent à l’impact.
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*/ PSIR SEP A (2014)
b)
Le dioxyde de carbone
Les échantillons de sédiments marins prélevés non loin
du lieu de l’impact nous donnent des éléments
intéressants sur les rejets de dioxyde de carbone éjectés
suite à l’impact météoritique (BUFFETAUT, 2003).
Les sédiments marins analysés bordant le lieu de
l’impact recélait une très grande quantité de carbonate
de calcium CaCO3 (Fig.7) dû à la présence de
foraminifères, espèces ayant comme particularité de
stocker du CO2 au sein de leurs coquilles. Au moment de
l’impact, ce sont alors d’énormes quantités de dioxyde
de carbone qui ont été libérées instantanément dans
l’atmosphère (DORLEANS, 2006). Ce phénomène
accentua l’effet de serre bloquant différents gaz
carbonique sur Terre et renforçant l’intoxication des
espèces.
Fig.7. Indice géochimique et minéralogique à la limite K/T
(ROBIN, et al., 1998)
c)
Les forêts incendiées
En outre, les débris projetés, résultant de la météorite,
se seraient embrasés par frottement avec l’air lors de
leurs projections. Ces derniers devenus incandescents
ont étés projetés sur toute la surface du globe
provoquant ainsi des feux de forêt dévastateurs. Les
preuves de ces incendies sont les fortes quantités de
carbone retrouvées dans les roches à la limite K/T
(DORLEANS, 2006). Ces
incendies
pompaient
progressivement l’oxygène de l’atmosphère pendant
que les forêts s’enflammaient.
Par ailleurs, ces quantités de suies ont renforcées
l’obscurcissement de la planète.
d)
Les pluies acides
Suite à cet impact, le globe connu également des
pluies acides dévastatrices. Les grandes épaisseurs de
sulfate de calcium, présent dans les roches dissipées
dans l’atmosphère suite à l’impact, les ondes de chocs,
les boules de feu provenant de l’impact et le frottement
des éjectas avec l’air réchauffèrent l’air. Les facteurs
provoquant les pluies acides étaient alors rassemblés
pour additionner un effet supplémentaire (BUFFETAUT,
2003).
Dans l’air que nous respirons, il y a globalement 20 %
d’O2 et le reste est principalement de l’azote N2. L’azote
est constitué de molécules stables et liées entre elles.
Or, lorsque ces molécules sont dans un environnement
6
chaud, comme ce fut le cas au moment et suite à
l’impact, elles se dissocient. Cette dissociation permet à
l’azote de se combiner à l’O2 pour former de l’oxyde
nitreux N2O. Les conditions résultant de l’impact
cosmique créèrent d’importantes quantités d’N2O
réagissant avec l’O2 et la vapeur d’eau pour former de
l’acide nitrique HNO3 (ALVAREZ, 1998).
Ces pluies ne furent pas sans conséquences pour
l’environnement et engendrèrent la perte d’éléments
minéraux nutritifs essentiels pour la survie de la faune et
la flore.
3.2 Activité volcanique intense
En 1985, deux chercheurs de l’université de
Dartmouth, C. Officer et C. Drake, formulèrent une
hypothèse contradictoire à l’hypothèse d’un impact
cosmique au caractère instantané. Cette seconde
hypothèse fait appel à des éruptions volcaniques en
masse. (FRANKEL, 1996)
Cette hypothèse correspond à la formation il y a 65
millions d’années de grands épanchements volcaniques
en Inde : les trapps du Deccan.
3.2.1. Les trapps du Deccan
Tout au long du Mésozoïque, la tectonique des plaques
transforma l’aspect de la Terre. Le supercontinent
Pangée se disloqua grâce à l’ouverture progressive des
océans.
Le microcontinent indien se situait à l’époque au
niveau de l’actuel point chaud de l’île de la Réunion. Des
éruptions volcaniques intenses se sont produites au
Maastrichien pour former le plateau basaltique du
Deccan (trapps) d’une épaisseur moyenne de 2400 m.
(FRANKEL, 1996)
Le plateau du Deccan est actuellement l’un des
épanchements le plus étendu sur Terre avec ses 500 000
km² de laves soit environ la superficie de la France
(FRANKEL, 1996). Le volume actuel des trapps est estimé
3
à 106 km de roches basaltiques (DESSERT, et al., 2001).
À la limite Crétacé/Tertiaire, le champ magnétique
terrestre s’est inversé (inversion 29R) (Fig.8). Des
mesures paléomagnétiques des laves des trapps du
Deccan ont mis en évidence que le plateau basaltique
s’est édifié durant l’inversion du champ magnétique
terrestre sur une période étonnement courte évaluée à
moins d’un million d’année, environ 600 000 ans.
L’inversion magnétique des pôles fait suite à une
perturbation externe, impact cosmique, ou interne,
tectonique des plaques et remontée du matériel
magmatique, du champ magnétique terrestre (LETHIERS,
1998).
La forte corrélation entre l’âge des trapps du Deccan et
la limite K/T a permis de proposer l’hypothèse
volcanique comme origine de l’extinction de plusieurs
espèces, dont celle des grands reptiles, il y a 65 millions
d’années.
7
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*/ PSIR SEP A (2014)
Les effets sur le climat dépendent en partie de la
concentration en CO2, gaz à effet de serre, dans
l’atmosphère.
De ce fait, des chercheurs se sont intéressés au cycle
du CO2 à travers les temps géologiques. Alors que le
volcanisme produit du CO2, l’altération des roches
silicatées en consomme. Pendant et après la mise en
place des trapps du Deccan, le taux de CO2 dans
l’atmosphère est maintenu à l’équilibre par l’altération
des continents (DESSERT, et al., 2001).
Fig.8. Détermination de l’âge des trapps du Deccan par des
mesures du champ magnétique emprisonné dans les laves.
(LETHIERS, 1998)
3.2.2. Les effets du volcanisme intense
Lors d’éruptions volcaniques, des aérosols, fines
poussières et gaz tels que le dioxyde de carbone CO2 et
le dioxyde d’azote N2 sont libérés dans la troposphère et
la stratosphère.
Fig.9. Impact d’une éruption volcanique sur l’atmosphère
(FOUCAULT, 2009)
Les gaz tels que l’hydrogène sulfuré H2S et le dioxyde
de souffre SO2 atteignent la stratosphère et par réaction
chimique forment de l’acide sulfurique H2SO4. Les vents
déplacent le nuage d’aérosols et fines poussières qui
retiennent les rayons du Soleil au niveau de la
stratosphère. Ainsi, la stratosphère se réchauffe tandis
que la troposphère se refroidit (FOUCAULT, 2009).
Par ailleurs, les laves qui s’écoulent le long des pentes
des volcans dégagent les gaz cités précédemment et de
l’acide sulfurique se forme. L’acide sulfurique est à
l’origine des pluies acides qui s’abattent sur la planète
lors de la transition K/T.
Ainsi, les conséquences des éruptions volcaniques sont
multiples :

modifications climatiques,

dégagement de gaz toxiques,

pluies acides.
Lors de l’édification des trapps, 1,6 x 1018 moles de
CO2 auraient été dégazées dans l’atmosphère. Cela
représente seulement la moitié de la quantité de CO 2
dissoute dans les océans au début des années 2000.
Par ailleurs, le plateau du Deccan est constitué de
roches basaltiques. Or, les basaltes sont des roches
silicatées qui s’altèrent facilement. De plus, le volume
initial des trapps est estimé à trois fois le volume actuel
3
soit 318 km . Depuis leur édification à aujourd’hui, les
trapps auraient perdu deux tiers de leur volume.
Ainsi, les roches basaltiques du plateau du Deccan ont
régulé la concentration en gaz carbonique dans
l’atmosphère (DESSERT, et al., 2001).
Afin d’expliquer ce phénomène, C. Dessert et B. Dupré
du Laboratoire de mécanismes de transfert en géologie
(LMTG, CNRS-Université Toulouse 3) et des chercheurs
de l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP) ont
défini en 2001 un modèle estimant la quantité de CO2
consommée lors de l’altération des roches basaltiques.
L’altération des roches est fonction de la quantité d’eau
circulant dans les sols et de la température
atmosphérique. Plus ces paramètres sont élevés, plus
l’altération des roches est importante. Le modèle mis en
place permet d’évaluer les changements climatiques qui
se sont produit à cette époque de volcanisme intense.
D’après ce modèle, l’augmentation en dioxyde de
carbone dans l’atmosphère est estimée à 1050 ppmv, ce
qui représente trois fois la teneur actuelle. Un
réchauffement rapide de + 4°C a accompagné cette
augmentation. Il aurait seulement fallu 1,5 millions
d’années pour que le basalte résorbe l’excès de CO2 dans
l’atmosphère. La diminution du taux du gaz à effet de
serre aurait engendré une diminution de la température
de -4,55°C, soit un refroidissement global de - 0,55 °C.
D’autre part, les chercheurs ont détecté des variations
des cycles géochimiques du carbone et du strontium au
sein de l'océan (DESSERT, et al., 2001).
Le modèle est basé sur le rapport isotopique de
strontium (87Sr/86Sr). Immédiatement après la mise en
place des trapps, le modèle prévoit un pic du rapport
isotopique dans l’eau de mer d’une durée de 4 millions
d’années. Ensuite, durant les 20 000 ans qui suivirent la
mise en place du plateau du Deccan, la sédimentation
des carbonates marins se serait arrêtée à cause d’une
forte acidification de l’eau de mer par le CO2. Le modèle
confirme les observations in situ dans les sédiments de
la limite Crétacé/Tertiaire (Fig. 10)
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*/ PSIR SEP A (2014)
8
un abaissement eustatique régulier des niveaux marins
(LE LOEUFF, et al., 1998).
Fig.10. Modélisation de l’évolution du climat (DESSERT, et al.,
2001)
Cette étude du cycle du CO2 indique que de grands
épanchements volcaniques tels que les trapps du Deccan
conduisent à des changements globaux du climat et de la
chimie des océans. Bien qu’il n’apporte pas de preuve
directe pour l’interprétation de l’extinction des
dinosaures, ce modèle permet d’affirmer que
l’édification du plateau basaltique a amplifié le
phénomène d’extinction.
D’autre part, les causes climatiques entraînent des
variations eustatiques. La formation des glaciers en
apporte la preuve. En mesurant la composition
isotopique d’oxygène δ18O de la glace, on peut avoir
une idée de la température moyenne atmosphérique au
moment de la formation de la glace. Des mesures ont
été effectuées dans une coupe rocheuse de Bidart, pays
basque (Fig. 11) (LACAZEDIEU, et al., 1996).
Sur le graphique de gauche, on peut constater qu’à la
limite K/T le niveau de δ18O est de -2 (-20%) de
concentration en δ18O. Reporté sur le graphique de
droite, ce niveau correspond à une température
négative comprise entre -5°C et -10°C (LACAZEDIEU, et
al., 1996). Il ressort de ces graphiques qu’un climat
globalement froid régnait à la surface de la Terre à la fin
du Crétacé.
5. HYPOTHESE DE L’EUSTATISME
L’eustatisme caractérise la variation des niveaux de la
mer. Il n’est en général pas possible de déterminer à
court terme les effets de l’eustatisme tant ce
phénomène est difficile à évaluer. Cependant, les causes
eustatiques à cette époque sont bien connues. Il s’agit
de :

La tectonique des plaques impliquant un
volcanisme sous-marin au niveau des
dorsales océaniques

Les changements climatiques impliquant la
fonte des glaces ou la formation de glacier
La régression marine est associée au refroidissement
climatique et la formation de glacier tandis que le
réchauffement climatique augmente les volumes des
océans et le niveau des mers.
5.1. Les causes eustatiques
Comme nous l’avons déjà évoqué au paragraphe
3.2.1., les continents se déplacent au Mésozoïque. La
tectonique des plaques sépare les continents par la
création de nouvelles dorsales océaniques, lieux de
fortes activités sous-marines.
La libération massive de magma réchauffe la
température
des
mers.
L’augmentation
des
températures via un effet de dilatation des molécules
d’eau provoque une augmentation des volumes sousmarins et l’élévation du niveau des océans.
L’importance de ces phénomènes aurait impliqué une
variation des niveaux des mers très importants pendant
l’ère secondaire (HALLAM, et al., 1999). A la fin du
Crétacé, l’énergie libérée par les mouvements
tectoniques se dissipe. L’océan Atlantique, récemment
formé, s’élargit et les dorsales océaniques ralentissent
leur évolution. Ce qui permet à toute l’énergie
accumulée de se dissiper. Ces évènements conduisent à
Fig.11. Rapport isotopique du carbone et de l’oxygène au niveau de
la coupe de Bidart. (LACAZEDIEU, et al., 1996)
À la fin du Crétacé, deux phénomènes ont entrainé
une baisse des températures conduisant à la formation
de glaciers.
D’une part, le volcanisme du Deccan, dont les effets
ont été détaillés dans la partie 3.2.2., a impacté le climat
à court et à long terme. À court terme, le nuage
volcanique a bloqué le flux solaire entraînant une baisse
des températures. À plus long terme, la forte
concentration en dioxyde de carbone dans l’air a
engendré un réchauffement climatique par l’effet de
serre.
D’autre part, suite à l’impact cosmique, des particules
ont encombré l’atmosphère et bloqué les rayons du
Soleil. La planète a subi un hiver d’environ six mois, effet
à court terme. Ainsi toute la chaîne alimentaire a été
affectée par l’arrêt temporaire de la photosynthèse.
5.2. Conséquences de l’eustatisme
En mettant en relation l’évolution de l’eustatisme et
les grandes crises d’extinction, on peut faire apparaître
une corrélation évidente entre ces deux phénomènes.
En effet, lorsqu’on regarde le graphique de la figure
12, chaque régression marine a eu pour effet la
disparition d’un grand nombre de genre. Cela est vrai
pour l’ensemble des crises et semble être un
phénomène cyclique. On observe également que le
niveau moyen des mers ne cesse de baisser alors que le
9
nombre de genre augmente fortement après chaque
phase de régression (KAUFFMAN, et al., 1996).
Fig.12. Corrélation entre les crises et l'eustatisme (KAUFFMAN,
et al., 1996)
6 - DISCUSSION
D’après nos recherches bibliographiques, l’impact
météoritique est l’hypothèse la plus documentée dans la
littérature scientifique. Nous prenons ces informations
avec précaution car deux écoles de pensées divisent la
communauté scientifique. En effet, les impactistes
proposent une crise instantanée tandis que les
volcanistes penchent pour une crise évolutive (FRANKEL,
1996).
Aujourd’hui, l’impact météoritique de la limite K/T est
une certitude, mais aucun scientifique ne peut affirmer
pleinement que cet impact est la cause directe et unique
de l’extinction des dinosaures malgré que des preuves
de l’impact - pic d’iridium, magnétites nickélifères,
quartzs choqués - ont été retrouvés sur toute la surface
de la Terre.
Les faits ne sont pas niés, cet impact eut des causes,
comme on l’a expliqué précédemment, désastreuses
pour les espèces vivant à cette époque. Il est vrai qu’une
8
explosion d’une puissance d’environ 10 mégatonnes a
du ravager une partie de l’Amérique centrale et du sud
du continent Nord-Américain, n’épargnant pas les
espèces qui y vivaient.
Suite à des carottes de sols réalisées sur plusieurs
endroits de la planète, nous savons que l’impact
météoritique eut une portée mondiale. Les effets sont
connus mais nous pouvons seulement imaginer les
réelles conséquences car l’histoire humaine n’a pas
connu, à ce jour, d’impact de cette taille.
6.1 Scénario de l’extinction
Imaginons une expulsion, allant jusqu’à la
stratosphère, de poussière et d’aérosol en quantité
suffisante pour opacifier et bloquer les rayons du soleil à
atteindre la surface du globe. Ce phénomène implique
une obscurité totale jusqu’à ce que les particules
projetées retombent sur le sol et au fond des océans.
Ces sédiments forment la couche d’argile permettant de
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*/ PSIR SEP A (2014)
reconnaître
la
limite
K/T
les
successions
stratigraphiques.
Nous ne connaissons pas
la durée de cet
obscurcissement. Nous pouvons seulement l’estimer et
supposer ses conséquences. La première conséquence
que l’on peut présumer suite à cet impact est l’arrêt de
la photosynthèse déclenchant une extinction en chaine
de différente espèce. Mais cette absence de
photosynthèse ne peut pas expliquer entièrement
l’extinction de toutes les espèces car toutes les espèces
végétales, entre autre, ne dépendent pas de la
photosynthèse les données paléontologiques montre la
survie sélective des espèces. Après une catastrophe de
ce genre la sélectivité dépend de l’adaptabilité des
espèces aux conditions auxquelles elles sont soumises.
Par ailleurs, nous savons où a atterri l’impact
météoritique, sur la croute continentale à proximité de
l’océan Atlantique. Cela, nous permet de penser
fortement à la création d’un tsunami gigantesque
supprimant toute la végétation et les espèces
rencontrées sur son passage. Suite à l’impact, certains
chercheurs estiment un refroidissement provoquant 8 à
13 ans de gel à la surface de la Terre suivi par 30 à 40 ans
de réchauffement dû au CO2. Le gel aurait été un facteur
néfaste pour les dinosaures ne pouvant s’adapter à un
climat froid, car ils évoluaient, à cette époque, dans un
climat tropical.
Nous ne pouvons nier les immenses éruptions
volcaniques de cette époque : les trapps du Deccan. De
nombreux chercheurs estiment que ce phénomène ne
fut pas l’évènement principal provoquant l’extinction
des dinosaures. Les trapps du Deccan ont commencés à
se former à la fin du Secondaire donc avant l’impact
cosmique. Cela nous permet de penser que les espèces
étaient surement déjà affectées par l’environnement
dans lequel elles vivaient. L’astéroïde survenu par la
suite ainsi que tous les effets qu’il engendra fut « le coup
fatal » achevant les dinosaures encore présent à cette
époque.
6.3 Corrélation
Le scénario concernant la photosynthèse, suite à
l’impact météoritique, ne suffit pas à expliquer la
disparition en masse des espèces vivant à cette époque.
Alors nous venons à nous poser les questions suivantes :
Ne faut-il pas joindre à l’impact d’autres causes?
Certaines espèces n’étaient-elles pas déjà en voie de
disparition ?
D’après le naturaliste Charles DARWIN, l’extinction des
espèces est le corollaire inévitable de l’évolution
(BUFFETAUT, 2003). Des espèces s’éteignent parce
qu’elles ne peuvent supporter la concurrence d’autres
espèces ou parce que l’environnement auquel elles sont
soumises change trop rapidement et elles ne peuvent s’y
adapter. De ce fait, des extinctions se produisent
constamment (BUFFETAUT, 2003). En effet, de tous
temps des phénomènes ont affectés des macroécosystèmes sans en arriver au point d’une extinction de
masse à l’échelle planétaire. De plus, souvent un
phénomène n’affecte qu’une partie d’un écosystème or
pour affecter l’ensemble des genres il faut qu’on
retrouve ce principe d’amplification cumulée (LETHIERS,
1998). On entend par là que les effets de deux
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*/ PSIR SEP A (2014)
phénomènes puissent se combiner et devenir
proportionnellement plus dangereux. Lorsqu’on regarde
la biodynamique de la chaîne alimentaire, on comprend
qu’une fois que plusieurs maillons ont été cassés le reste
de la chaîne s’écroule.
Par ailleurs, l’extinction de masse à la fin de la période
K/T n’a visiblement pas été aussi brutale que les
impactistes tentent de le démontrer. Bien au contraire,
les enregistrements et les analyses qui ont été menées
ont révélés l’aspect graduel de cette crise (KOEBERL, et
al., 2002).
10
sont les divers facteurs à l’origine de l’extinction des
dinosaures.
Fig.14. Conjonction des causes (LETHIERS, 1998)
Enfin, les ancêtres mammifères n’étaient pas non plus
dotés de cette aptitude à survivre. Nous ne connaissons
pas l’exactitude de leurs survies, mais nous imaginons
que leurs très grands nombres, largement supérieur à
celui des dinosaures, ont sans doute multipliés leurs
chances statistiques de survies.
REFERENCES
Fig.13. Evolution de la masse des mammifères post K/T
(HARTENBERGER, 2001)
L’intensité des phénomènes est amplifiée car les
facteurs de crises se cumulent et s’auto-entrainent
(Fig.13). La phase antérieure à la période du tertiaire est
marquée par deux phénomènes forts : Régression/
eustatisme et refroidissement + Volcanisme. Le point
culminant de la crise se situe au moment de l’impact
stellaire et est suivi de nombreux effets sur une période
longue. Les mammifères et autres nouvelles espèces se
sont développées durant cette période contrairement
aux dinosaures, qui ne semblaient pas adaptés à des
changements aussi bruts. En effet, si on en croit ce
graphique avant la crise K/T le poids des mammifères ne
dépassait pas les 10kg. Mais leur évolution fut franche
après la crise en atteignant un seuil assez rapidement
(Fig.13). Ce seuil est décrit comme étant la limite pour
laquelle les avantages procurés par la taille sont plus
faibles que les inconvénients (HARTENBERGER, 2001).
6.4 Conclusion
Ainsi, on peut affirmer que ce n’est pas une seule de
nos hypothèses mais une conjonction des trois qui,
chacune à son niveau, a entraîné la destruction d’une
partie importante de la faune et la disparition de
nombreuses espèces. Les maillons essentiels à la survie
d’espèces comme le plancton à la base de la chaîne
alimentaire ont été très affectés. On voit apparaître de
nouvelles espèces « opportunistes » plus adaptées au
nouveau milieu que les dinosaures prolifèrent et se
développent dans le nouvel écosystème.
Il est raisonnable de conclure que la conjonction de
l’impact météoritique, de l’épanchement des trapps du
Deccan, de l’eustatisme et des variations climatiques
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