Il y a environ 2 milliards d'années, un impacteur s'est précipité vers la Terre, s'écrasant sur la planète dans une zone proche de l'actuelle Johannesburg, en Afrique du Sud. L'impacteur, très probablement un astéroïde, a formé ce qui est aujourd'hui le plus grand cratère de notre planète. Les scientifiques ont largement accepté, sur la base de recherches antérieures, que la structure d'impact, connue sous le nom de cratère de Vredefort, était formée par un objet d'environ 15 kilomètres (environ 9,3 miles) de diamètre qui se déplaçait à une vitesse de 15 kilomètres par seconde.

Mais selon de nouvelles recherches de l'Université de Rochester, l'impacteur aurait pu être beaucoup plus gros et aurait eu des conséquences dévastatrices sur toute la planète. Cette recherche, publiée dans le Journal of Geophysical Research :Planets , fournit une compréhension plus précise de l'impact important et permettra aux chercheurs de mieux simuler les événements d'impact sur la Terre et d'autres planètes, à la fois dans le passé et dans le futur.

"Comprendre la plus grande structure d'impact que nous ayons sur Terre est essentiel", déclare Natalie Allen, maintenant titulaire d'un doctorat. étudiant à l'Université John Hopkins. Allen est le premier auteur de l'article, basé sur des recherches qu'elle a menées en tant qu'étudiante de premier cycle à Rochester avec Miki Nakajima, professeur adjoint de sciences de la Terre et de l'environnement. "Avoir accès aux informations fournies par une structure comme le cratère de Vredefort est une excellente occasion de tester notre modèle et notre compréhension des preuves géologiques afin de mieux comprendre les impacts sur Terre et au-delà."

Des simulations mises à jour suggèrent des conséquences "dévastatrices"

En 2 milliards d'années, le cratère de Vredefort s'est érodé. Il est donc difficile pour les scientifiques d'estimer directement la taille du cratère au moment de l'impact d'origine, et donc la taille et la vitesse de l'impacteur qui a formé le cratère.

Un objet d'une taille de 15 kilomètres et se déplaçant à une vitesse de 15 kilomètres par seconde produirait un cratère d'environ 172 kilomètres de diamètre. Cependant, c'est beaucoup plus petit que les estimations actuelles pour le cratère de Vredefort. Ces estimations actuelles sont basées sur de nouvelles preuves géologiques et des mesures estimant que le diamètre d'origine de la structure aurait été compris entre 250 et 280 kilomètres (environ 155 et 174 miles) au moment de l'impact.

Allen, Nakajima et leurs collègues ont mené des simulations pour correspondre à la taille mise à jour du cratère. Their results showed that an impactor would have to be much larger—about 20 to 25 kilometers—and traveling at a velocity of 15 to 20 kilometers per second to explain a crater 250 kilometers in size.

This means the impactor that formed the Vredefort crater would have been larger than the asteroid that killed off the dinosaurs 66 million years ago, forming the Chicxulub crater. That impact had damaging effects globally, including greenhouse heating, widespread forest fires, acid rain, and destruction of the ozone layer, in addition to causing the Cretaceous-Paleogene extinction event that killed the dinosaurs.

If the Vredefort crater was even larger and the impact more energetic than that which formed the Chicxulub crater, the Vredefort impact may have caused even more catastrophic global consequences.

"Unlike the Chicxulub impact, the Vredefort impact did not leave a record of mass extinction or forest fires, given that there were only single-cell lifeforms and no trees existed 2 billion years ago," Nakajima says. "However, the impact would have affected the global climate potentially more extensively than the Chicxulub impact did."

Dust and aerosols from the Vredefort impact would have spread across the planet and blocked sunlight, cooling the Earth's surface, she says. "This could have had a devastating effect on photosynthetic organisms. After the dust and aerosols settled—which could have taken anywhere from hours to a decade—greenhouse gases such as carbon dioxide that were emitted from the impact would have raised the global temperature potentially by several degrees for a long period of time."

A multi-faceted model of Vredefort crater

The simulations also allowed the researchers to study the material ejected by the impact and the distance the material traveled from the crater. They can use this information to determine the geographic locations of land masses billions of years ago. For instance, previous research determined material from the impactor was ejected to present-day Karelia, Russia. Using their model, Allen, Nakajima, and their colleagues found that 2 billion years ago, the distance of the land mass containing Karelia would have been only 2,000 to 2,500 kilometers from the crater in South Africa—much closer than the two areas are today.

"It is incredibly difficult to constrain the location of landmasses long ago," Allen says. "The current best simulations have mapped back about a billion years, and uncertainties grow larger the further back you go. Clarifying evidence such as this ejecta layer mapping may allow researchers to test their models and help complete the view into the past."

Undergraduate research leads to publication

The idea for this paper arose as part of a final for the course Planetary Interiors (now named Physics of Planetary Interiors), taught by Nakajima, which Allen took as a junior.

Allen says the experience of having undergraduate work result in a peer-reviewed journal article was very rewarding and helped her when applying for graduate school.

"When Professor Nakajima approached me and asked if I wanted to work together to turn it into a publishable work, it was really gratifying and validating," Allen says. "I had formulated my own research idea, and it was seen as compelling enough to another scientist that they thought it was worth publishing."

She adds, "This project was way outside of my usual research comfort zone, but I thought it would be a great learning experience and would force me to apply my skills in a new way. It gave me a lot of confidence in my research abilities as I prepared to go to graduate school." + Explorer plus loin

More than one asteroid could have spelled doom for the dinosaurs