Perturbation modélisée de la hauteur de la surface de la mer du tsunami, en mètres, quatre heures après l'impact de l'astéroïde. Cette image montre les résultats du modèle MOM6, l'un des deux modèles de propagation des tsunamis utilisés dans l'étude menée par l'Université du Michigan. Crédit :D'après Range et al. en Avances AGU , 2022.
L'astéroïde de plusieurs kilomètres de large qui a frappé la Terre il y a 66 millions d'années a anéanti presque tous les dinosaures et environ les trois quarts des espèces végétales et animales de la planète.
Selon une nouvelle étude menée par l'Université du Michigan, il a également déclenché un monstrueux tsunami avec des vagues hautes d'un kilomètre qui ont parcouru le fond de l'océan à des milliers de kilomètres du site d'impact sur la péninsule mexicaine du Yucatan.
L'étude, dont la publication en ligne est prévue le 4 octobre dans la revue AGU Advances , présente la première simulation mondiale de l'impact du tsunami de Chicxulub à être publiée dans une revue scientifique à comité de lecture. En outre, les chercheurs de l'U-M ont examiné les archives géologiques de plus de 100 sites dans le monde et ont trouvé des preuves à l'appui des prédictions de leurs modèles concernant la trajectoire et la puissance du tsunami.
"Ce tsunami a été suffisamment puissant pour perturber et éroder les sédiments dans les bassins océaniques à l'autre bout du monde, laissant soit une lacune dans les archives sédimentaires, soit un fouillis de sédiments plus anciens", a déclaré l'auteur principal Molly Range, qui a mené l'étude de modélisation pour une thèse de maîtrise. sous la direction de l'océanographe physique U-M et co-auteur de l'étude Brian Arbic et du paléoocéanographe U-M et co-auteur de l'étude Ted Moore.
L'examen des archives géologiques s'est concentré sur les "sections limites", les sédiments marins déposés juste avant ou juste après l'impact de l'astéroïde et l'extinction massive de K-Pg qui a suivi, qui a clôturé la période du Crétacé.
"La distribution de l'érosion et des hiatus que nous avons observée dans les sédiments marins du Crétacé supérieur est cohérente avec les résultats de notre modèle, ce qui nous donne plus de confiance dans les prédictions du modèle", a déclaré Range, qui a commencé le projet en tant qu'étudiant de premier cycle au laboratoire d'Arbic dans le Département des Sciences de la Terre et de l'Environnement.
Les auteurs de l'étude ont calculé que l'énergie initiale du tsunami d'impact était jusqu'à 30 000 fois supérieure à l'énergie du tsunami du tremblement de terre de décembre 2004 dans l'océan Indien, qui a tué plus de 230 000 personnes et est l'un des plus grands tsunamis jamais enregistrés.
Les simulations de l'équipe montrent que l'impact du tsunami a rayonné principalement vers l'est et le nord-est dans l'océan Atlantique Nord, et vers le sud-ouest à travers la voie maritime d'Amérique centrale (qui séparait l'Amérique du Nord et l'Amérique du Sud) dans l'océan Pacifique Sud.
Dans ces bassins et dans certaines zones adjacentes, la vitesse des courants sous-marins a probablement dépassé 20 centimètres par seconde (0,4 mph), une vitesse suffisamment forte pour éroder les sédiments à grains fins sur le fond marin.
En revanche, l'Atlantique Sud, le Pacifique Nord, l'océan Indien et la région qui est aujourd'hui la Méditerranée ont été largement protégés des effets les plus forts du tsunami, selon la simulation de l'équipe. À ces endroits, les vitesses de courant modélisées étaient probablement inférieures au seuil de 20 cm/s.
Pour l'examen des archives géologiques, U-M's Moore a analysé les archives publiées de 165 sections de frontières marines et a pu obtenir des informations utilisables à partir de 120 d'entre elles. La plupart des sédiments provenaient de carottes prélevées lors de projets scientifiques de forage océanique.
L'Atlantique Nord et le Pacifique Sud avaient le moins de sites avec des sédiments de limite K-Pg complets et ininterrompus. En revanche, le plus grand nombre de sections complètes de la frontière K-Pg ont été trouvées dans l'Atlantique Sud, le Pacifique Nord, l'océan Indien et la Méditerranée.
"Nous avons trouvé une corroboration dans les archives géologiques pour les zones d'impact maximal prévues en haute mer", a déclaré Arbic, professeur de sciences de la terre et de l'environnement qui a supervisé le projet. "Les preuves géologiques renforcent définitivement le papier."
D'après les auteurs, les affleurements de la limite K-Pg sur les côtes orientales des îles nord et sud de la Nouvelle-Zélande, à plus de 12 000 kilomètres (7 500 miles) du site d'impact du Yucatan, revêtent une importance particulière.
On pensait à l'origine que les sédiments néo-zélandais fortement perturbés et incomplets, appelés dépôts olistostromaux, étaient le résultat d'une activité tectonique locale. Mais étant donné l'âge des gisements et leur emplacement directement dans la trajectoire modélisée du tsunami d'impact de Chicxulub, l'équipe de recherche dirigée par l'U-M soupçonne une origine différente.
"Nous pensons que ces dépôts enregistrent les effets de l'impact du tsunami, et c'est peut-être la confirmation la plus révélatrice de l'importance mondiale de cet événement", a déclaré Range.
La partie modélisation de l'étude a utilisé une stratégie en deux étapes. Tout d'abord, un grand programme informatique appelé hydrocode a simulé les 10 premières minutes chaotiques de l'événement, qui comprenaient l'impact, la formation du cratère et l'initiation du tsunami. Ce travail a été mené par le co-auteur Brandon Johnson de l'Université Purdue.
Sur la base des résultats d'études précédentes, les chercheurs ont modélisé un astéroïde de 14 kilomètres (8,7 miles) de diamètre, se déplaçant à 12 kilomètres par seconde (27 000 mph). Il a heurté une croûte granitique recouverte de sédiments épais et d'eaux océaniques peu profondes, faisant exploser un cratère d'environ 100 kilomètres de large (62 miles de large) et éjectant des nuages denses de suie et de poussière dans l'atmosphère.
Deux minutes et demie après l'impact de l'astéroïde, un rideau de matériau éjecté a poussé un mur d'eau vers l'extérieur du site d'impact, formant brièvement une vague de 4,5 kilomètres de haut (2,8 milles de haut) qui s'est calmée lorsque l'éjecta est retombé à Terre.
Dix minutes après que le projectile ait touché le Yucatan, et à 220 kilomètres (137 miles) du point d'impact, une vague de tsunami de 1,5 kilomètre de haut (0,93 mile de haut) - en forme d'anneau et se propageant vers l'extérieur - a commencé à balayer le océan dans toutes les directions, selon la simulation U-M.
Amplitude maximale des vagues de tsunami, en centimètres, suite à l'impact d'un astéroïde il y a 66 millions d'années. Crédit :D'après Range et al. en Avances AGU , 2022.
Au bout de 10 minutes, les résultats des simulations d'hydrocode iSALE de Johnson ont été entrés dans deux modèles de propagation de tsunami, MOM6 et MOST, pour suivre les vagues géantes à travers l'océan. MOM6 a été utilisé pour modéliser les tsunamis dans l'océan profond, et la NOAA utilise le modèle MOST de manière opérationnelle pour les prévisions de tsunamis dans ses centres d'alerte aux tsunamis.
"Le grand résultat ici est que deux modèles globaux avec des formulations différentes ont donné des résultats presque identiques, et les données géologiques sur les sections complètes et incomplètes sont cohérentes avec ces résultats", a déclaré Moore, professeur émérite de sciences de la terre et de l'environnement. "Les modèles et les données de vérification correspondent bien."
D'après la simulation de l'équipe :
Pour la présente étude, les chercheurs n'ont pas tenté d'estimer l'étendue des inondations côtières causées par le tsunami.
Cependant, leurs modèles indiquent que la hauteur des vagues en haute mer dans le golfe du Mexique aurait dépassé 100 mètres (328 pieds), avec des hauteurs de vagues de plus de 10 mètres (32,8 pieds) lorsque le tsunami s'est approché des régions côtières de l'Atlantique Nord et de certaines parties du Sud. La côte pacifique américaine.
Lorsque le tsunami s'est approché de ces côtes et a rencontré des eaux de fond peu profondes, la hauteur des vagues aurait augmenté de façon spectaculaire grâce à un processus appelé shoaling. Les vitesses actuelles auraient dépassé le seuil de 20 centimètres par seconde pour la plupart des zones côtières du monde.
"Selon les géométries de la côte et la progression des vagues, la plupart des régions côtières seraient inondées et érodées dans une certaine mesure", selon les auteurs de l'étude. "Tous les tsunamis historiquement documentés sont pâles en comparaison avec un tel impact mondial."
Une étude de suivi est prévue pour modéliser l'étendue des inondations côtières dans le monde, a déclaré Arbic. Cette étude sera dirigée par Vasily Titov du Pacific Marine Environmental Lab de la National Oceanic and Atmospheric Administration, qui est co-auteur des AGU Advances papier. Tsunamis mondiaux provoqués par des éruptions volcaniques sous-marines
