Par une lumineuse journée de juillet, il y a 2 ans, Kurt Kjær était dans un hélicoptère qui survolait le nord-ouest du Groenland – une étendue de glace, d’un blanc pur et étincelant. Bientôt, sa cible est apparue : Le glacier Hiawatha, une couche de glace de plus d’un kilomètre d’épaisseur qui se déplace lentement. Il avance sur l’océan Arctique non pas en un mur droit, mais en un demi-cercle bien visible, comme s’il débordait d’un bassin. Kjær, géologue au Musée d’histoire naturelle du Danemark à Copenhague, soupçonnait que le glacier cachait un secret explosif. L’hélicoptère s’est posé près de la rivière qui draine le glacier, balayant les roches qui se trouvent sous le glacier. Kjær avait 18 heures pour trouver les cristaux minéraux qui confirmeraient ses soupçons.
Ce qu’il a ramené a conclu à une grande découverte. Caché sous Hiawatha se trouve un cratère d’impact de 31 kilomètres de large, assez grand pour avaler Washington, D.C., rapportent aujourd’hui Kjær et 21 coauteurs dans un article paru dans Science Advances. Le cratère a été laissé lorsqu’un astéroïde de fer de 1,5 kilomètre de diamètre a percuté la Terre, peut-être au cours des 100 000 dernières années.
Bien qu’il ne soit pas aussi cataclysmique que l’impact Chicxulub, qui a tué des dinosaures et creusé un cratère de 200 kilomètres de large au Mexique il y a environ 66 millions d’années, l’impacteur Hiawatha pourrait lui aussi avoir laissé une empreinte dans l’histoire de la planète. La date de l’impact est encore sujette à débat, mais certains chercheurs de l’équipe de découverte pensent que l’astéroïde a frappé à un moment crucial : il y a environ 13 000 ans, juste au moment où le monde se remettait de la dernière période glaciaire. Cela signifierait qu’il s’est écrasé sur Terre alors que les mammouths et autres mégafaunes étaient en déclin et que les populations se répandaient en Amérique du Nord.
L’impact aurait été un spectacle pour quiconque se trouvait dans un rayon de 500 kilomètres. Une boule de feu blanche quatre fois plus grande et trois fois plus brillante que le soleil aurait zébré le ciel. Si l’objet avait heurté une couche de glace, il aurait creusé un tunnel jusqu’au substrat rocheux, vaporisant l’eau et la pierre en un éclair. L’explosion qui en aurait résulté aurait eu l’énergie de 700 bombes nucléaires d’une mégatonne, et même un observateur situé à des centaines de kilomètres aurait ressenti une onde de choc, un coup de tonnerre monstrueux et des vents de la force d’un ouragan. Plus tard, des débris rocheux auraient pu pleuvoir sur l’Amérique du Nord et l’Europe, et la vapeur libérée, un gaz à effet de serre, aurait pu réchauffer localement le Groenland, faisant fondre encore plus de glace.
La nouvelle de la découverte de l’impact a réveillé un vieux débat parmi les scientifiques qui étudient le climat ancien. Un impact massif sur la calotte glaciaire aurait envoyé l’eau de fonte se déverser dans l’océan Atlantique – ce qui aurait potentiellement perturbé le tapis roulant des courants océaniques et fait plonger les températures, en particulier dans l’hémisphère nord. « Qu’est-ce que cela signifierait pour les espèces ou la vie à l’époque ? C’est une énorme question ouverte », explique Jennifer Marlon, paléoclimatologue à l’université de Yale.
Il y a dix ans, un petit groupe de scientifiques a proposé un scénario similaire. Ils tentaient d’expliquer un épisode de refroidissement, long de plus de 1000 ans, appelé le Younger Dryas, qui a débuté il y a 12 800 ans, alors que la dernière période glaciaire se terminait. Leur solution controversée consistait à invoquer un agent extraterrestre : l’impact d’une ou plusieurs comètes. Les chercheurs ont proposé qu’en plus de modifier la plomberie de l’Atlantique Nord, l’impact a également déclenché des incendies sur deux continents qui ont conduit à l’extinction des grands mammifères et à la disparition du peuple Clovis d’Amérique du Nord, chasseur de mammouths. Le groupe de recherche a rassemblé des preuves suggestives mais non concluantes, et peu d’autres scientifiques ont été convaincus. Mais l’idée a frappé l’imagination du public malgré une limite évidente : Personne n’a pu trouver un cratère d’impact.
Les partisans d’un impact du Dryas plus jeune se sentent aujourd’hui justifiés. « Je prédis sans équivoque que ce cratère a le même âge que le Dryas jeune », déclare James Kennett, géologue marin à l’Université de Californie, Santa Barbara, l’un des premiers promoteurs de l’idée.
Mais Jay Melosh, expert en cratères d’impact à l’Université Purdue de West Lafayette, dans l’Indiana, doute que la frappe soit si récente. Statistiquement, des impacts de la taille de Hiawatha ne se produisent que tous les quelques millions d’années, dit-il, et la probabilité qu’il y en ait eu un il y a seulement 13 000 ans est donc faible. Peu importe qui a raison, la découverte donnera des munitions aux théoriciens des impacts du Younger Dryas et fera de l’impacteur Hiawatha un autre type de projectile. « C’est une patate chaude », déclare Melosh à Science. « Vous êtes conscient que vous allez déclencher une tempête de feu ? »
C’est parti d’un trou. En 2015, Kjær et un collègue étudiaient une nouvelle carte des contours cachés sous la glace du Groenland. Basée sur les variations de la profondeur de la glace et les schémas d’écoulement de surface, la carte offrait une suggestion grossière de la topographie du substratum rocheux – y compris l’indice d’un trou sous Hiawatha.
Kjær s’est souvenu d’une météorite massive en fer dans la cour de son musée, près de l’endroit où il gare son vélo. Appelée Agpalilik, qui signifie « l’Homme » en inuit, cette roche de 20 tonnes est un fragment d’une météorite encore plus grande, le Cape York, trouvé en morceaux au nord-ouest du Groenland par les explorateurs occidentaux, mais longtemps utilisé par les Inuits comme source de fer pour les pointes de harpon et les outils. Kjær s’est demandé si la météorite pouvait être un vestige de l’impacteur qui a creusé la forme circulaire sous Hiawatha. Mais il n’était toujours pas sûr qu’il s’agissait d’un cratère d’impact. Il avait besoin de le voir plus clairement avec un radar, qui peut pénétrer la glace et se réfléchir sur la roche-mère.
L’équipe de Kjær a commencé à travailler avec Joseph MacGregor, un glaciologue du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, qui a déterré des données radar d’archives. M. MacGregor a découvert que les avions de la NASA survolaient souvent le site lorsqu’ils allaient étudier la glace de mer arctique, et que les instruments étaient parfois allumés, en mode test, au moment du départ. « C’était assez glorieux », dit MacGregor.
Les images radar montraient plus clairement ce qui ressemblait au bord d’un cratère, mais elles étaient encore trop floues au milieu. De nombreuses caractéristiques à la surface de la Terre, comme les caldeiras volcaniques, peuvent se faire passer pour des cercles. Mais seuls les cratères d’impact contiennent des pics centraux et des anneaux de pics, qui se forment au centre d’un cratère naissant lorsque, comme l’éclaboussement d’une pierre dans une mare, la roche fondue rebondit juste après l’impact. Pour rechercher ces caractéristiques, les chercheurs avaient besoin d’une mission radar dédiée.
Par coïncidence, l’Institut Alfred Wegener pour la recherche polaire et marine de Bremerhaven, en Allemagne, venait d’acheter un radar pénétrant la glace de nouvelle génération à installer à travers les ailes et le corps de leur avion Basler, un DC-3 rénové à deux hélices qui est un cheval de bataille de la science arctique. Mais ils avaient aussi besoin de financement et d’une base à proximité de Hiawatha.
Kjær s’est occupé de l’argent. Les organismes de financement traditionnels seraient trop lents, ou enclins à faire fuir leur idée, a-t-il pensé. Il a donc adressé une pétition à la fondation Carlsberg de Copenhague, qui utilise les bénéfices de ses ventes mondiales de bière pour financer la science. MacGregor, pour sa part, a demandé à ses collègues de la NASA de persuader l’armée américaine de les laisser travailler à partir de la base aérienne de Thulé, un avant-poste de la guerre froide au nord du Groenland, où les membres allemands de l’équipe essayaient d’obtenir la permission de travailler depuis 20 ans. « J’avais des scientifiques allemands à la retraite, très sérieux, qui m’envoyaient des émojis au visage heureux », raconte MacGregor.
Trois vols, en mai 2016, ont ajouté 1600 kilomètres de données fraîches provenant de dizaines de transits à travers la glace – et la preuve que Kjær, MacGregor et leur équipe étaient sur quelque chose. Le radar a révélé cinq bosses proéminentes au centre du cratère, indiquant un pic central s’élevant à quelque 50 mètres de haut. Et, signe d’un impact récent, le fond du cratère est exceptionnellement dentelé. Si l’astéroïde avait frappé il y a moins de 100 000 ans, lorsque la région était libre de glace, l’érosion due à la fonte des glaces plus loin à l’intérieur des terres aurait affouillé le cratère, explique MacGregor. Les signaux radar ont également montré que les couches profondes de glace étaient mélangées – un autre signe d’un impact récent. Les motifs étrangement perturbés, dit MacGregor, suggèrent que « la couche de glace ne s’est pas équilibrée avec la présence de ce cratère d’impact. »
Mais l’équipe voulait des preuves directes pour surmonter le scepticisme qu’ils savaient saluer une revendication d’un jeune cratère massif, qui semblait défier les probabilités de la fréquence des grands impacts. Et c’est pourquoi Kjær s’est retrouvé, en ce jour lumineux de juillet 2016, à échantillonner frénétiquement des roches tout le long du croissant de terrain qui encercle la face d’Hiawatha. Son arrêt le plus crucial était au milieu du demi-cercle, près de la rivière, où il a recueilli des sédiments qui semblaient provenir de l’intérieur du glacier. C’était trépidant, dit-il – » un de ces jours où vous vérifiez vos échantillons, tombez sur le lit et ne vous relevez pas pendant un certain temps. «
Dans cet outwash, l’équipe de Kjær a clos son dossier. En passant le sable au crible, Adam Garde, géologue à la Commission géologique du Danemark et du Groenland à Copenhague, a trouvé des grains de verre forgés à des températures supérieures à celles qu’une éruption volcanique peut générer. Plus important encore, il a découvert des cristaux de quartz choqués. Ces cristaux présentaient un motif caractéristique en forme de bande qui ne peut se former que sous la pression intense d’impacts extraterrestres ou d’armes nucléaires. Selon M. Melosh, les cristaux de quartz confirment la thèse. « Il a l’air plutôt bon. Toutes les preuves sont assez convaincantes. »
Maintenant, l’équipe doit déterminer exactement quand la collision a eu lieu et comment elle a affecté la planète.
Le Younger Dryas, du nom d’une petite fleur arctique blanche et jaune qui a fleuri pendant la vague de froid, a longtemps fasciné les scientifiques. Jusqu’à ce que le réchauffement climatique d’origine humaine s’installe, cette période a régné comme l’une des plus fortes variations récentes de température sur Terre. Lorsque la dernière période glaciaire s’est achevée, il y a environ 12 800 ans, les températures dans certaines parties de l’hémisphère nord ont chuté de 8°C, jusqu’à atteindre les niveaux de la période glaciaire. Elles sont restées ainsi pendant plus de 1 000 ans, transformant les forêts en progression en toundra.
Le déclencheur pourrait avoir été une perturbation du tapis roulant des courants océaniques, notamment le Gulf Stream qui transporte la chaleur vers le nord depuis les tropiques. Dans un article publié en 1989 dans Nature, Kennett, ainsi que Wallace Broecker, climatologue à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l’Université Columbia, et d’autres, ont exposé comment l’eau de fonte des calottes glaciaires en recul aurait pu interrompre le convoyeur. Lorsque l’eau chaude des tropiques remonte vers le nord à la surface, elle se refroidit et l’évaporation la rend plus salée. Ces deux facteurs augmentent la densité de l’eau jusqu’à ce qu’elle s’enfonce dans les abysses, contribuant ainsi à alimenter le convoyeur. L’ajout d’une impulsion d’eau douce moins dense pourrait freiner le convoyeur. Les chercheurs en paléoclimat ont largement approuvé cette idée, bien que les preuves d’une telle inondation aient fait défaut jusqu’à récemment.
Alors, en 2007, Kennett a suggéré un nouveau déclencheur. Il s’est associé à des scientifiques dirigés par Richard Firestone, un physicien du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie, qui a proposé une frappe de comète au moment clé. En explosant au-dessus de la couche de glace recouvrant l’Amérique du Nord, la ou les comètes auraient projeté dans le ciel de la poussière bloquant la lumière, refroidissant ainsi la région. Plus au sud, des projectiles enflammés auraient enflammé les forêts, produisant de la suie qui aurait accentué la grisaille et le refroidissement. L’impact aurait également pu déstabiliser la glace et libérer des eaux de fonte qui auraient perturbé la circulation atlantique.
Le chaos climatique, a suggéré l’équipe, pourrait expliquer pourquoi les colonies Clovis se sont vidées et la mégafaune a disparu peu après. Mais les preuves étaient maigres. Firestone et ses collègues ont repéré de fines couches de sédiments sur des dizaines de sites archéologiques en Amérique du Nord. Ces sédiments semblaient contenir des traces géochimiques d’un impact extraterrestre, comme un pic d’iridium, l’élément exotique qui a contribué à cimenter l’hypothèse d’un impact à Chicxulub. Les couches ont également livré de minuscules perles de verre et de fer – de possibles débris météoritiques – et de fortes charges de suie et de charbon de bois, indiquant des incendies.
L’équipe a rencontré des critiques immédiates. Le déclin des mammouths, des paresseux géants et d’autres espèces avait commencé bien avant le Younger Dryas. En outre, il n’existait aucun signe d’un dépérissement humain en Amérique du Nord, ont affirmé les archéologues. Le peuple nomade Clovis ne serait pas resté longtemps sur un site. Les pointes de lance distinctives qui marquaient leur présence ont probablement disparu non pas parce que le peuple s’est éteint, mais plutôt parce que ces armes n’étaient plus utiles lorsque les mammouths ont disparu, explique Vance Holliday, archéologue à l’Université d’Arizona à Tucson. L’hypothèse de l’impact essayait de résoudre des problèmes qui n’avaient pas besoin d’être résolus.
Les preuves géochimiques ont également commencé à s’éroder. Les scientifiques extérieurs ne pouvaient pas détecter le pic d’iridium dans les échantillons du groupe. Les perles étaient réelles, mais elles étaient abondantes à travers de nombreuses périodes géologiques, et la suie et le charbon de bois ne semblaient pas présenter de pic à l’époque du Younger Dryas. « Ils ont énuméré toutes ces choses qui ne sont pas tout à fait suffisantes », dit Stein Jacobsen, un géochimiste de l’Université de Harvard qui étudie les cratères.
Pour autant, l’hypothèse de l’impact n’est jamais tout à fait morte. Ses partisans ont continué à étudier la couche de débris putative sur d’autres sites en Europe et au Moyen-Orient. Ils ont également déclaré avoir trouvé sur différents sites des diamants microscopiques qui, selon eux, n’auraient pu être formés que par un impact. (Des chercheurs extérieurs remettent en question les affirmations concernant les diamants.)
Maintenant, avec la découverte du cratère Hiawatha, « je pense que nous avons le pistolet fumant », déclare Wendy Wolbach, géochimiste à l’université De-Paul de Chicago, dans l’Illinois, qui a effectué des travaux sur les incendies à cette époque.
L’impact aurait fait fondre 1500 gigatonnes de glace, estime l’équipe – à peu près autant de glace que l’Antarctique en a perdu à cause du réchauffement climatique au cours de la dernière décennie. L’effet de serre local dû à la vapeur libérée et à la chaleur résiduelle dans la roche du cratère aurait ajouté davantage de fonte. Une grande partie de cette eau douce aurait pu se retrouver dans la mer du Labrador toute proche, un site primaire de pompage de la circulation de retournement de l’océan Atlantique. « Cela pourrait potentiellement perturber la circulation », déclare Sophia Hines, paléoclimatologue marine à Lamont-Doherty.
Soucieux de la controverse antérieure, Kjær n’approuvera pas ce scénario. « Je ne me mets pas à la tête de ce groupe de pression », dit-il. Mais dans les versions préliminaires de l’article, admet-il, l’équipe a explicitement évoqué un lien possible entre l’impact Hiawatha et le Younger Dryas.
Des motifs en bandes dans le quartz minéral sont le diagnostic d’ondes de choc d’un impact extraterrestre.
ADAM GARDE, GEUS
Les preuves commencent avec la glace. Sur les images radar, les gravillons provenant d’éruptions volcaniques lointaines font ressortir certaines des limites entre les couches saisonnières sous forme de reflets brillants. Ces couches brillantes peuvent être mises en correspondance avec les mêmes couches de gravier dans des carottes de glace cataloguées et datées provenant d’autres parties du Groenland. En utilisant cette technique, l’équipe de Kjær a découvert que la plupart de la glace de Hiawatha est parfaitement stratifiée au cours des 11 700 dernières années. Mais dans la glace plus ancienne et perturbée située en dessous, les reflets brillants disparaissent. En retraçant les couches profondes, l’équipe a fait correspondre le fouillis avec la glace de surface riche en débris sur le bord d’Hiawatha qui avait été précédemment datée à 12 800 ans. « Il était assez cohérent que l’écoulement de glace ait été fortement perturbé au Younger Dryas ou avant », dit MacGregor.
D’autres sources de preuves suggèrent également que Hiawatha pourrait être l’impact du Younger Dryas. En 2013, Jacobsen a examiné une carotte de glace provenant du centre du Groenland, à 1000 kilomètres de là. Il espérait mettre un terme à la théorie de l’impact du Younger Dryas en montrant qu’il y a 12 800 ans, les niveaux de métaux que les impacts d’astéroïdes ont tendance à répandre n’ont pas atteint un pic. Au lieu de cela, il a trouvé un pic de platine, similaire à ceux mesurés dans des échantillons provenant du site du cratère. « Cela suggère un lien avec le Younger Dryas juste là », dit Jacobsen.
Pour Broecker, les coïncidences s’additionnent. Il avait d’abord été intrigué par l’article de Firestone, mais a rapidement rejoint les rangs des réfractaires. Selon lui, les défenseurs de l’impact du Younger Dryas lui ont attribué trop de choses : les incendies, l’extinction de la mégafaune, l’abandon des sites Clovis. « Ils ont donné un mauvais éclat à cette période ». Mais le pic de platine trouvé par Jacobsen, suivi de la découverte d’Hiawatha, l’ont fait croire à nouveau. « Il faut que ce soit la même chose », dit-il.
Pour autant, personne ne peut être sûr de la chronologie. Les couches perturbées pourraient ne refléter rien de plus que des tensions normales dans les profondeurs de la calotte glaciaire. « Nous ne savons que trop bien que la glace plus ancienne peut être perdue par cisaillement ou par fonte à la base », explique Jeff Severinghaus, paléoclimatologue à la Scripps Institution of Oceanography de San Diego, en Californie. Richard Alley, glaciologue à l’Université d’État de Pennsylvanie à University Park, pense que l’impact est bien plus vieux que 100 000 ans et qu’un lac sous-glaciaire peut expliquer les textures étranges près de la base de la glace. « L’écoulement de la glace sur des lacs en croissance et en décroissance, en interaction avec une topographie rugueuse, pourrait avoir produit des structures assez complexes », explique Alley.
Un impact récent aurait également dû laisser sa marque dans la demi-douzaine de carottes de glace profondes forées sur d’autres sites du Groenland, qui documentent les 100 000 ans d’histoire de l’actuelle couche de glace. Pourtant, aucune ne présente la fine couche de gravats qu’un impact de la taille de Hiawatha aurait dû soulever. » Vous devriez vraiment voir quelque chose « , dit Severinghaus.
Brandon Johnson, un scientifique planétaire de l’Université Brown, n’en est pas si sûr. Après avoir vu une ébauche de l’étude, Johnson, qui modélise les impacts sur des lunes glacées comme Europe et Encelade, a utilisé son code pour recréer un impact d’astéroïde sur une épaisse couche de glace. L’impact creuse un cratère avec un pic central comme celui observé à Hiawatha, a-t-il constaté, mais la glace supprime la propagation des débris rocheux. « Les premiers résultats montrent que cela va beaucoup moins loin », explique Johnson.
En 2016, Kurt Kjær a cherché des preuves d’un impact dans le sable emporté sous le glacier Hiawatha. Il y trouvait des perles vitreuses et des cristaux de quartz choqués.
SVEND FUNDER
Même si l’astéroïde a frappé au bon moment, il n’aurait peut-être pas déclenché toutes les catastrophes envisagées par les partisans de l’impact du Younger Dryas. « Il est trop petit et trop éloigné pour tuer les mammifères du Pléistocène dans la partie continentale des États-Unis », dit Melosh. Et il est difficile d’imaginer comment un impact pourrait déclencher des flammes dans une région aussi froide et stérile. « Je ne peux pas imaginer comment quelque chose comme cet impact à cet endroit aurait pu provoquer des incendies massifs en Amérique du Nord », dit Marlon.
Il se pourrait même qu’il n’ait pas déclenché le Younger Dryas. Les carottes de sédiments océaniques ne montrent aucune trace d’un afflux d’eau douce dans la mer du Labrador en provenance du Groenland, explique Lloyd Keigwin, paléoclimatologue à la Woods Hole Oceanographic Institution, dans le Massachusetts. Les meilleures preuves récentes, ajoute-t-il, suggèrent plutôt une inondation dans l’océan Arctique à travers l’ouest du Canada.
Un déclencheur externe pourrait être inutile dans tous les cas, selon Alley. Au cours de la dernière période glaciaire, l’Atlantique Nord a connu 25 autres périodes de refroidissement, probablement déclenchées par des perturbations de la circulation de retournement de l’Atlantique. Aucune de ces périodes, connues sous le nom d’événements de Dansgaard-Oeschger (D-O), n’a été aussi grave que le Dryas juvénile, mais leur fréquence suggère qu’un cycle interne a également joué un rôle dans le Dryas juvénile. Même Broecker convient que l’impact n’était pas la cause ultime du refroidissement. Si les événements D-O représentent des transitions abruptes entre deux états réguliers de l’océan, dit-il, « on pourrait dire que l’océan s’approchait de l’instabilité et que, d’une manière ou d’une autre, cet événement l’a renversé. »
Pour autant, l’histoire complète d’Hiawatha se résumera à son âge. Même un cratère d’impact exposé peut être un défi pour la datation, qui nécessite de capturer le moment où l’impact a modifié les roches existantes – et non l’âge initial de l’impacteur ou de sa cible. L’équipe de Kjær a essayé. Elle a tiré des lasers sur les sphérules vitreuses afin de libérer de l’argon pour la datation, mais les échantillons étaient trop contaminés. Les chercheurs inspectent un cristal bleu du minéral apatite à la recherche de lignes laissées par la désintégration de l’uranium, mais c’est loin d’être gagné. L’équipe a également trouvé des traces de carbone dans d’autres échantillons, qui pourraient un jour donner une date, dit Kjær. Mais pour trouver la réponse définitive, il faudra peut-être forer à travers la glace jusqu’au fond du cratère, jusqu’à la roche qui a fondu lors de l’impact, remettant ainsi son horloge radioactive à zéro. Avec des échantillons suffisamment grands, les chercheurs devraient être en mesure de préciser l’âge d’Hiawatha.
Vu l’éloignement, une expédition de forage vers le trou au sommet du monde serait coûteuse. Mais une compréhension de l’histoire récente du climat – et de ce qu’un impact géant peut faire à la planète – est en jeu. « Quelqu’un doit aller forer là-dedans », dit Keigwin. » C’est tout ce qu’il y a à faire. «