Quel est l’âge du cratère de Charlevoix?
Charlevoix ne s’est pas toujours trouvé sous le 47e parallèle nord. À une époque géologique lointaine, il y a autour de 450 millions d’années, la région se situait à moins de 1000 km au sud de l'Équateur.
Le climat y est chaud, mais on est encore bien loin des paysages tropicaux actuels. En fait, la nature comme nous la connaissons ne s’est pas encore imposée sur la terre ferme. Des champignons et de petites plantes commencent alors à apparaître ici et là dans le panorama, mais les premières espèces animales n’ont colonisé que les eaux peu profondes de la planète.
Charlevoix se trouve d’ailleurs à une centaine de mètres sous l’eau, dans l’océan Iapétus (aussi appelé proto-Atlantique), campé entre le Bouclier canadien et les Appalaches.
Le niveau d'eau est alors beaucoup plus élevé tout le long du fleuve Saint-Laurent actuel. Montréal, Trois-Rivières, Québec, Charlevoix, et la Côte-Nord se trouvent sous l'eau, explique Jean-Michel Gastonguay, professeur de physique et d'astronomie au Centre d'études collégiales en Charlevoix et directeur des Observatoires astronomique et de l'Astroblème de Charlevoix.
Le Québec frappé en plein cœur
Un peu avant la fin de l’Ordovicien, il y a entre 430 et 453 millions d’années, Charlevoix est frappée par une météorite d’environ 6 km de diamètre qui pénètre dans l’atmosphère et percute la croûte terrestre à toute vitesse pour s’y enfoncer jusqu’à 12 km de profondeur.
Sous l’impact, la région se transforme en un immense cratère de roche en fusion. La météorite fond et se vaporise; les roches situées en périphérie du cratère se fracturent.
Des fragments et de la poussière de roche sont éjectés dans les airs pour ensuite retomber à l’intérieur et autour du cratère. Des fragments seraient tombés aussi loin qu’à Trois-Rivières, situé à 250 km, indique Jean-Michel Gastonguay.
C'est une force qui dépasse l'entendement. Même la couleur de l'atmosphère aurait changé pendant un certain temps, ajoute le professeur.
La géologie et la morphologie de la région subissent en quelques instants des transformations qui sont encore visibles de nos jours.
La chute de ce corps céleste venu de la ceinture d’astéroïdes – ou de l’orbite terrestre, selon une récente théorie – marque aussi l’ensemble de la planète.
Pour M.Gastonguay, l’événement cataclysmique présente des similitudes avec celui survenu sur le territoire mexicain plus récemment, il y a 66 millions d'années, et qui a mené à l'extinction des dinosaures. Si les deux météorites sont tombées en eau peu profonde près de l’Équateur, celle tombée au Yucatan a cependant libéré une quantité d’énergie beaucoup plus importante.
Cela ne veut pas dire que l’impact de Charlevoix a été sans conséquence. L'énergie dégagée est hallucinante! C'est plusieurs centaines de millions de fois plus puissants que la bombe qui a été larguée sur Hiroshima, illustre M.Gastonguay.
On soupçonne d’ailleurs que cet impact a accéléré le refroidissement climatique global qui a été enclenché il y a 485 millions et a qui a mené à la glaciation hirnanti enne, l’événement qui a mis fin à l’Ordovicien et entraîné la mort de 70 % des espèces vivantes sur terre.
Plus vieux qu’on pensait
Les premières études sur l’âge du cratère ont été réalisées dans les années 1970 à partir de la datation d’impactites trouvées dans un affleurement du secteur de Sainte-Marie-de-Charlevoix.
Les impactites sont des roches créées par la chaleur, la pression et les mouvements de la croûte terrestre lors d'un impact météoritique important, précise M. Gastonguay.
Des études effectuées au début des années 2000 tendent cependant à montrer que l’impact s’est produit il y a plus longtemps qu’on pensait, jusqu'à il y a 410 millions d'années.
Ce n'est toutefois qu'en 2019 que des travaux ont montré que la chute de la météorite s’est produite il y a 450 millions d’années (plus ou moins 20 millions d’années), ce qui correspond à près de 100 millions d'années plus tôt que les estimations précédentes.
Vers une datation plus précise
Pour le chercheur Nicolas Pinet, de la Commission géologique du Canada (CGC), une estimation de plus ou moins 20 millions d’années reste très imprécise.
En géologie, on est maintenant capable de circonscrire l'âge [d'une roche] de manière beaucoup plus précise; autour de deux à trois millions d’années, explique le géologue.
Ce dernier participe à l’étude géochronologique dont l'objectif est de mieux circonscrire l’âge de l’astroblème de Charlevoix.
La tâche n’est pas facile, puisque la région géologique née il y a plus d'un milliard d'années a connu de multiples événements géologiques, observe Nicolas Pinet.
Trouver les roches témoignant de la chute de la météorite est donc un exercice compliqué qui demande du flair. Et du flair, Jean-Michel Gastonguay en a, lui qui parcourt la région depuis des dizaines d’années. À ses yeux, le projet de datation de l’astroblème est un bel exemple de collaboration entre une organisation de haut niveau, la Commission géologique du Canada, et des chercheurs du collégial. Pour nous, c’est une grande fierté, dit le professeur, qui espère que la collaboration se poursuivra dans le futur.
En septembre dernier, il a accompagné Nicolas Pinet et son collègue Antoine Godet, de la CGC, dans leur recherche des échantillons parfaits. Ensemble, ils ont parcouru la zone du pic central du cratère à la recherche de roches qui pourraient les aider dans leur effort de datation.
Ils ont prélevé une vingtaine d'échantillons dans un rayon allant jusqu’à 7 km du point d'impact (dont le centre est le pic du mont des Éboulements).
Les géologues ont porté une attention particulière aux matériaux vitrifiés et aux cônes associés aux impacts.
Nicolas Pinet rappelle qu’il est difficile de départager les minéraux qui ont été formés lors de l'impact de ceux qui étaient là avant, et de déterminer lesquels ont gardé une partie de leur composition originale. De plus, comme l'histoire de la région est longue et complexe, il y a aussi des pierres ressemblant beaucoup à des roches fondues qui ne sont pas associées à l'impact.
Il y a donc un facteur de chance associé à l’échantillonnage. Le trio de chercheurs espère quand même avoir mis la main, parmi les échantillons, sur celui qui pourrait préciser le moment de l’impact. Dans la vingtaine d'échantillons sélectionnés, on espère avoir deux ou trois bons candidats, indique Nicolas Pinet.
À l'heure actuelle, les échantillons de roche sont transformés en lames minces, c'est-à-dire des tranches extrêmement fines de roche qui sont posées sur une lame de verre, et qui permettent à la lumière de passer à travers afin d'être observée au microscope.
Des photos à très haute résolution seront réalisées de leur contenu, ce qui servira à bien caractériser les minéraux.
Des analyses de pétrographie et de chimie minérale seront également réalisées dans les prochains mois.
Les échantillons les plus prometteurs seront ensuite analysés avec des techniques très précises de datation au laboratoire d’Ottawa de la CGC.
Si on arrive à faire la corrélation entre la chute de la météorite de Charlevoix et la baisse de la température moyenne globale sur terre à la même époque, on pourra penser que cette chute est liée à la première grande extinction de la fin de l’Ordovicien-Silurien, dit avec enthousiasme Jean-Michel Gastonguay, qui rêve de voir la région s’inscrire dans l’histoire de l’évolution de la vie sur la planète.
Le géologue Nicolas Pinet rappelle que le lien entre les deux événements est impossible à établir tant que l’âge de l’astroblème n’est pas précisé, une précision qui pourrait arriver à la fin 2025.
En outre, l'équipe s'intéresse à certaines roches sédimentaires de la région, dont l'analyse pourrait permettre de dater l'impact par une méthode différente et complémentaire.
La théorie des anneaux
En octobre dernier, des scientifiques de l'Université de Monash, en Australie, ont publié une étude dans laquelle ils ont analysé la position et les caractéristiques géologiques de 21 cratères d'impact de météorites – dont celui de Charlevoix – apparus sur terre au cours d'une période connue sous le nom de pic d'impact de l'Ordovicien.
Selon leur théorie, la désintégration d'un astéroïde passant dans le voisinage de la Terre il y a 466 millions d’années aurait mené à la formation d’un système d’anneaux autour de la planète dont la matière serait retombée sur terre pendant une période.
Leurs travaux incluent trois cratères situés de nos jours sur le territoire canadien, dont celui de Charlevoix, et ce dernier est de loin celui qui présente le diamètre le plus important.
De cratère à astroblème
Ce n’est qu’en 1965, grâce aux travaux du géologue Jehan Rondot, du ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec, que la structure semi-circulaire de Charlevoix a été officiellement associée à un cratère d’impact.
Le géologue y décrit une cicatrice géologique typique observée grâce aux impactites. Dans l'astroblème de Charlevoix, on en observe plusieurs types. Les plus faciles à identifier sont les cônes de percussion qui se forment lorsque l'onde de choc se propage dans la croûte.
Ce sont des roches dont les surfaces présentent des fracturations caractéristiques en forme de queue de cheval, ou de cônes, explique le professeur Castonguay.
De nos jours, la moitié sud du cratère est enfoui sous le fleuve Saint-Laurent, et la moitié nord du cratère est délimitée par la région de Baie-Saint-Paul, à l’ouest, et la région de La Malbaie. à l’est. Le mont des Éboulements correspond au pic central du cratère.
On décrit maintenant les traces de l’impact comme un astroblème puisque le terme désigne les restes d'un ancien cratère d'impact météoritique très érodé.
À l’origine, le choc a créé un cratère de 70 km de diamètre semblable à celui de Tycho, sur la Lune. Ce type de cratère possède une montagne dans le centre, indique Jean-Michel Gastonguay.
De nos jours, le diamètre de l’astroblème est plutôt de 52 km en raison de l’usure du temps.
Le saviez-vous?
L’astroblème de Charlevoix est le troisième plus grand site d'impact connu au Canada, derrière ceux de Sudbury, en Ontario, et de Manicouagan, au Québec, et le onzième plus grand de la planète.
Le Québec possède sur son territoire sept autres astroblèmes, dont ceux de Manicouagan, de Pingualuit, du lac à l'Eau Claire, et du lac Couture.
Des ailes pour courir plus vite
Une piste fossile vieille de 106 millions d’années découverte en Corée du Sud montre la démarche d’un des ancêtres des oiseaux modernes. Les premières empreintes sont rapprochées, signifiant qu’il marchait lentement, à environ deux kilomètres par heure.
Mais plus loin, l’espace entre les traces de pattes s’allonge à 30 centimètres. Comme ce petit dinosaure mesurait seulement 5 cm à la taille, cela signifie qu’il courait à 40 km/h.
Selon l’auteur principal de l’étude, Hans Larsson, de l’Université McGill, ce dinosaure n’aurait jamais pu atteindre cette vitesse en utilisant uniquement ses muscles.
« Les muscles n’étaient pas non plus assez forts. Il fallait qu’il ait un autre mode de propulsion que ses deux pattes. »
C’est la première preuve que des dinosaures à plumes se servaient de leurs ailes pour courir plus vite.
L’étude a été publiée dans la revue universitaire PNAS.
Cousin du vélociraptor
Comment M. Larsson sait-il qu’il s’agit d’un dinosaure et non d’un oiseau – les premiers étant apparus il y a 150 millions d’années ? « Ce sont des empreintes à deux doigts, et pendant tout le Crétacé [il y a 145 à 66 millions d’années], les oiseaux avaient trois ou quatre doigts », répond M. Larsson.
Il sait aussi qu’il s’agit d’un Dromaeosauriformipes rarus, un « microraptor » cousin du vélociraptor des films Jurassic Park, parce qu’aucun autre groupe de dinosaures n’avait deux doigts. Il s’agit d’un des plus petits dinosaures connus.
Boue séchée en Corée du Sud
Les empreintes ont été découvertes sur une plaque préservée de boue séchée, trouvée près de Jijun, en Corée du Sud. « On voit tout, même les traces de gouttes d’eau et d’insectes », souligne M. Larsson.
L’absence d’autres empreintes exclut que l’animal ait utilisé ses pattes d’en avant pour aller plus vite.
M. Larsson est spécialiste de l’évolution des squelettes, des jointures et des musculatures. « Alex [Dececchi, coauteur de l’étude venant de l’Université d’État du Dakota] m’a parlé de ces empreintes quand elles ont été décrites dans Scientific Reports en 2018. Il me disait qu’il devait y avoir une erreur. »
Un biplan sur quatre pattes
Dromaeosauriformipes rarus avait des ailes sur ses quatre pattes. « Comme il ne pouvait pas bouger les ailes autant que les oiseaux d’aujourd’hui, ça lui donnait l’air d’un biplan. »
Ce microraptor aurait pu faire des bonds de 100 à 200 mètres. « Un chercheur dans les années 1990 avait suggéré cette possibilité. Nous avons confirmé que c’était possible avec des modèles de squelettes, mais c’est la première preuve fossile. »
La prochaine étape consistera à reconstruire un modèle numérique du squelette du microraptor pour simuler la marche, la course et les bonds.
Évolutions
Cette découverte montre qu’il y a eu plusieurs évolutions du vol animal. « À l’origine, on avait l’idée que des dinosaures sont montés dans les arbres et ont commencé par planer, dit M. Larsson. Il y a plus de diversité que ce que nous pensions. »
Les dinosaures arboricoles planeurs ont existé, mais ils étaient très rares. « Et ils ne sont pas les ancêtres des oiseaux, comme les microraptors. »
Comme ce microraptor est apparu avant les oiseaux, il y a 164 millions d’années, il pourrait être celui qui a « inventé » le vol.
Les reptiles volants, comme le ptérodactyle, sont apparus plus tard, il y a 150 millions d’années.
Comment créer un mammifère en neuf étapes évolutives (Smithsonian)
Mammals are familiar beasts. From a squirrel on a power line to a blue whale swimming through the sea, we share the world with more than 6,000 mammal species of all shapes and sizes. While we can easily distinguish a creature like a jaguar from a reptile or a bird in the modern world, however, mammals as we know them are the result of hundreds of millions of years of evolutionary changes. In fact, many of the key features that make us mammals evolved even before the dinosaurs.
Paleontologists have known for decades that mammals emerged from a broader, diverse group of creatures called synapsids. The very first synapsids of about 306 million years ago were small and lizard-like, but distinguishable by a single opening in their skull behind their eye socket. (We have a modified version of this hole, the space between your cheekbone and your cranium where a jaw-closing muscle runs through.) Nevertheless, a big evolutionary gap exists between a very early, lizard-like synapsid and modern mammals like ourselves. The following list will take you through nine of the essential evolutionary shifts that allowed mammals to thrive from the Age of Dinosaurs to this moment.
A toolkit of teeth
Most mammals have a dental tool kit of differently shaped teeth. In our own mouths, for example, we have incisors to nip with, canine teeth to puncture, and premolars and molars to crush and mash grub. The diversity lets mammals handle a great variety of food and make the most of our meals, whether it’s a wolf nipping the last muscle of an elk leg or an elephant chewing grass.
Paleontologists can see the beginnings of this differentiation in synapsids more than 295 million years old. Despite its lizard-like appearance, the sail-backed Dimetrodon was a synapsid and more closely related to us than any dinosaur or other ancient reptile. Such pre-mammal synapsids are often called “proto-mammals” as their anatomy set the stage for what mammals would eventually become. Dimetrodon, in particular, illustrates an early dental shift that mammals would later take to extremes. The ancient carnivore’s name means “two measures of teeth,” referring to the stark difference between the large, piercing teeth in the canine tooth position and smaller teeth behind it along the jaw. The difference is the beginning of what anatomists call heterodonty, or having differently shaped teeth in different jaw positions. The condition differs from most reptiles, which are homodont and have teeth about the same size and shape along their jaws. As early synapsids went about feeding on the plants and animals of their world, what started as basic, conical teeth were modified into different feeding specialties. Mammal teeth eventually became so diverse in shape and so distinctive that paleontologists often tell the difference between one species and another based on their dental details.
Long lost ribs
The mammalian backstory isn’t just one of gaining new features. Some ancient traits were lost and had a major influence on mammal evolution. One of the significant losses among mammal ancestors was gastralia, or belly ribs.
Early synapsids like Ophiacodon had thin ribs running along their bellies between their shoulders and hips. Synapsids of the time sprawled with their legs out to the side, like lizards, and so the belly ribs offered some extra protection from the rough ground. As synapsids continued to evolve during the Permian Period, however, they lost their belly ribs. Creatures like our cynodont ancestors, as well as the saber-toothed gorgonopsians, didn’t have belly ribs. Instead, organs like the heart and lungs would be enclosed in the rib cage, and lower organs, such as the stomach and intestines, would be held in by the body cavity and surrounding muscle. Even though the change left proto-mammals more vulnerable to injury across their abdomens, the shift afforded more flexibility in more upright postures with better up-and-down flexibility.
A new roof in the mouth
Ever since fishy creatures crawled out of swamps to drag themselves across the land, breathing while eating has been a problem. Among those early creatures, no divider was present between the nose and throat within the mouth. One big cavity led toward the very closely arranged larynx and pharynx, used for breathing and swallowing. If early tetrapods had their mouths full, breathing at the same time would be a challenge.
Synapsids evolved an anatomical solution to this problem, and they did so more than once. Several synapsid groups evolved a secondary palate during the Permian, or a shelf of bone that separates the nose from the mouth and throat. If you stick your tongue to the roof of your mouth, that’s the secondary palate. The separation allowed predatory synapsids, in particular, the ability to catch prey and feed while still breathing through their noses, letting them hunt and eat more efficiently than their predecessors. Among the groups with a secondary palate were the weasel-like cynodonts, such as the Triassic species Thrinaxodon, who passed the secondary palate on to their mammal descendants.
An earful of jaw
One of the key traits that makes mammals what they are isn’t something you can easily see on the outside, but tucked away inside the ear. The earliest synapsids, much like reptiles, had lower jaws that were made up of several different bones. Behind the tooth-bearing dentary were several other bones notched together like puzzle pieces leading to the jaw joint. Over time, however, synapsid jaws shifted. The dentary expanded to become the entirety of the lower jaw, a single bone that afforded synapsids stronger bites. Paleontologists see the shift in some early mammals such as the tiny, shrew-like Morganucodon. At the same time, the jaw bones closest to the back of the jaw became smaller and specialized to transmit vibrations to the ear, improving synapsid hearing. The incus, malleus and stapes of our inner ear are the remnants of these ancient jaw bones. By the early part of the Jurassic, about 191 million years ago, mammals had very sensitive ears that helped them navigate a dinosaur-filled world.
Fur and whiskers
Fossils preserving the body coverings of proto-mammals are rare. The few examples that paleontologists have found so far indicate that early synapids had scaly, lizard-like skin, which eventually shifted to smoother, softer skin through the Permian. The question is when synapsids evolved fur.
No matter the age, most synapsid and mammal fossils are not found with any indication of how furry they might have been. But there are a few clues about when fur and whiskers began to be important to synapsids. Whiskers are a modified form of hair, and the sensitive hairs send a great deal of information to the brain. By looking at the proportions of proto-mammal and early mammal brains, paleontologists found that mammal predecessors had fur and whiskers by about 240 million years ago. The timing coincides with when reptiles were proliferating, perhaps indicating that an insulating fur coat and whiskers to help navigate the dark allowed mammals to become more nocturnal and thrive at small size as the Mesozoic got underway.
Eye bones disappeared
Mammals don’t have bones in their eyes, but some of our ancestors and relatives did. Much like many reptiles and birds today, early synapsids had a circle of thin bones inside the eye called the scleral ring. Exactly what these bones do is still mysterious. Anatomists hypothesize that the bones are attachment sites for muscles that help animals change different viewing distances, or perhaps help support the eye during changes in pressure like diving deep or flying high. When cynodonts, a diverse group of weasel-like synapsids gave rise to the earliest mammals during the Triassic, however, the scleral rings were lost. Paleontologists hypothesize that the evolutionary miniaturization of early mammals might have something to do with the shift, as the supportive roles of the scleral ring were not needed at smaller sizes. Whatever happens, mammals don’t have to worry about potentially breaking an eye bone.
Walking postures shifted
Dimetrodon and other early proto-mammals had their bellies close to the ground. Such synapsids moved almost like monitor lizards or crocodiles, their bodies flexing from side to side as they walked. While such early synapsids would have been capable of bursts of speed, they weren’t especially quick and lacked the endurance seen in many mammals today. During the Permian, however, some synapsid groups began evolving more upright body postures. Their limbs took on more column-like arrangements, lifting the body higher off the ground and shifting motion to up-and-down movements of the spine rather than side-to-side. Standing taller, and losing their gastralia, allowed proto-mammals and mammal ancestors to move faster and more efficiently, and better forage for food and escape potential predators. Cynodonts, especially, evolved more and more upright body postures during the Triassic, setting up the way mammals move today.
Milk fueled mammal growth
Mammals aren’t the only creatures to make milk, but it’s as much a defining feature for us as our peculiar inner ear bones. Even the egg-laying duck-billed platypus makes milk, exuding the protein-rich substance from glands on its belly. The questions facing paleontologists are how and when milk evolved among mammals. Some experts place the origin around the rise of synapsids. Perhaps, as the lizard-like proto-mammals became accustomed to life on land, they oozed a protein-rich substance from their bellies that kept their eggs moist on dry land. Over time, the fluid changed and gained new uses, nourishing young that hatched out of eggs or were born live to help them grow faster. More fossil evidence will be needed to investigate and test these ideas, but clues from Jurassic mammals indicate that they were both making milk and weaning their fast-growing young.
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