En modélisant les impacts répétés d’astéroïdes qui se sont produits sur la Terre primitive, il y a des milliards d’années, des chercheurs ont constaté qu’ils ont peut-être joué un rôle majeur dans son habitabilité. Ils auraient notamment modifié la croûte terrestre de sorte à la rendre perméable en profondeur, un processus qui aurait conduit à la formation de vastes systèmes hydrothermaux propices à l’émergence de la vie.
Les impacts d’astéroïdes étaient très fréquents au cours des premiers milliards d’années de la Terre, en raison de la fin de l’accrétion du Système solaire interne et des réarrangements dynamiques des petits corps qui accompagnaient cette phase de son évolution. On estime que les perturbations dynamiques qui s’y produisaient rendaient les impacts d’astéroïdes jusqu’à 10⁵ fois plus fréquents qu’aujourd’hui.
On estime que ces impacts ont joué un rôle clé dans le remodelage de la croûte terrestre primitive et la modification de sa composition au fil de son évolution. En particulier, il a été suggéré que les impacts d’astéroïdes ont contribué à la formation des systèmes hydrothermaux sur Terre, formés grâce à la perméabilité générée par les impacts.
Les collisions fracturent notamment la croûte terrestre tout en la fusionnant partiellement. Après un refroidissement suffisant de la roche fracturée, la chaleur résiduelle générée par la collision, combinée à l’énergie géothermique naturelle de la Terre, a permis à de l’eau chaude de s’infiltrer à travers la croûte par les fissures nouvellement créées. Les systèmes hydrothermaux qui en résultent peuvent persister pendant des millions d’années et auraient constitué des environnements clés pour l’émergence des premières formes de vie microbienne.
Cependant, la question quant à la proportion exacte de la croûte terrestre devenue suffisamment perméable pour que la vie s’y développe demeure peu explorée. Des chercheurs du Southwest Research Institute (SwRI) de San Antonio, aux États-Unis, explorent la question en effectuant une modélisation précise des impacts répétés d’astéroïdes sur la Terre primitive.
« Puisque la vie pourrait avoir pris naissance ou évolué dans des environnements hydrothermaux, il est important de comprendre et de quantifier la génération de ces systèmes par les impacts sur la Terre primitive », explique Amanda Alexander du SwRI, auteure principale de l’étude parue récemment dans la revue AGU Advances.
Une croûte largement perméabilisée durant les premiers âges de la Terre
Alexander et ses collègues ont modélisé un large éventail d’impacts d’astéroïdes de tailles et de vitesses variées sur différentes compositions de croûtes terrestres et diverses conditions de température. Pour évaluer la quantité de croûte fracturée et rendue perméable par chaque impact, les chercheurs ont utilisé un algorithme complexe de simulation physique des chocs, modélisant avec précision la manière dont les impacts à grande vitesse fragmentent la roche solide.
D’après les auteurs, il s’agirait de la première étude exhaustive sur la génération de la perméabilité de la croûte terrestre résultant des impacts d’astéroïdes. « Cette modélisation est à la fois novatrice et essentielle pour comprendre les premiers environnements où la vie a pu émerger », explique Alexander.
« Bien que souvent considéré comme catastrophique dans le contexte de l’extinction des dinosaures, le bombardement météoritique a probablement aussi joué un rôle crucial dans la création d’environnements propices à la chimie prébiotique », ajoute-t-elle.
Les résultats de la modélisation indiquent que la quantité de roche fracturée et perméabilisée par un impact dépendait principalement de l’énergie de la collision, qui, elle-même, est déterminée par la taille et la vitesse de l’astéroïde. Le degré de perméabilité des zones fracturées serait également influencé par le gradient géothermique terrestre et la composition de la croûte.
Des scientifiques du Southwest Research Institute ont modélisé l’histoire des impacts subis par la Terre à ses débuts, cherchant à mieux comprendre les origines potentielles de la vie. D’après ces modèles, l’impact d’un astéroïde de 10 kilomètres de diamètre sur la Terre primitive, à une vitesse de 15 kilomètres par seconde, génère un cratère présentant des profils de perméabilité (à gauche) et de température (à droite) susceptibles de créer des conditions hydrothermales propices à l’évolution de la vie. © Southwest Research Institute
« En utilisant un modèle d’histoire des bombardements pour déduire les effets cumulatifs des impacts récurrents, nous estimons que la couche supérieure de la croûte terrestre, d’une épaisseur de 8 kilomètres, était probablement très perméable il y a 4,3 milliards d’années et qu’une partie importante de ce volume est restée perméable jusqu’à il y a 3,5 milliards d’années », indique Alexander.
Des analyses approfondies suggèrent qu’un seul impact majeur au cours de la période primitive de la Terre pourrait générer jusqu’à 100 fois plus d’activité hydrothermale, en termes de puissance ou d’étendue, que celle que l’on observe aujourd’hui dans la région de Yellowstone, aux États-Unis.
« Ces résultats montrent que les impacts ont joué un rôle déterminant dans les changements hydrothermaux de la croûte terrestre primitive, avec des conséquences importantes pour l’évolution géochimique des environnements proches de la surface », conclut la chercheuse.
