Dinosaures, météorites, changement climatique et extinctions*

Dinosaures, météorites, changement climatique et extinctions* par José Ignacio CANUDO 1 1 Professeur de paléontologie à l université de Saragosse Grupo Aragosaurus (www.aragosaurus.com), Departamento de Paleontología, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Espagne Il y a 65 millions d années, les Pyrénées oscenses (de Huesca, ville d Espagne) étaient occupées par un grand golfe de l océan Atlantique qui pénétrait dans la Péninsule depuis le golfe de Gascogne. Sur sa côte tropicale vivaient quelques grands vertébrés connus aujourd hui sous le nom d hadrosaures. On ne trouve plus ces dinosaures sur Terre, tout comme leurs plus proches parents, puisqu ils se sont éteints. On ne peut comprendre l évolution de la vie sur notre planète sans l extinction des organismes, un processus qui a commencé au début même de la vie terrestre. Les causes de l extinction en général, et des dinosaures en particulier, constituent l un des débats les plus enrichissants de la Science. Pour deux raisons. L une de ces raisons est scientifique, car il s agit d une recherche pluridisciplinaire permettant à des chercheurs apparemment très éloignés de collaborer, tels un astrophysicien, un chimiste et un paléontologue. L autre raison nous concerne tous : si quelque chose a pu provoquer l extinction de colosses comme les dinosaures qui ont dominé la Terre pendant plus de 200 millions d années, alors nous pourrions subir le même sort Les éléments les plus importants pour pouvoir étudier l extinction des dinosaures sont précisément leurs restes fossilisés, d autant plus lorsque ce sont ceux des derniers qui ont vécu sur Terre. Les Pyrénées oscenses font partie de ces lieux privilégiés où l on peut les étudier. Depuis 1997, le groupe Aragosaurus de notre université a développé un projet de recherche qui a permis de récupérer plusieurs centaines d os d hadrosaures dans les environs d Arén (Huesca [voir carte page 8]). L excavation de ces restes n a pas été simple et cela rompt avec l idée que l on se fait du paléontologue travaillant au pinceau (fig. 1). En effet, pour ce travail, il a fallu des meules et des marteaux-piqueurs, des heures au soleil et l extraction de pratiquement une tonne de fragments de roches recelant des fossiles. Des centaines d heures de préparation avec des moyens mécaniques et chimiques (acides) ont été nécessaires pour séparer les fossiles de leur matrice (fig. 2). Ces méthodes se basent sur la composition et la consistance différentes de l os fossile et de la roche. L effort en vaut la peine puisque les fossiles récupérés constituent, dans leur ensemble, l une des meilleures collections au monde des derniers dinosaures. Cette collection fait précisément l objet d une exposition au musée d Arén où l on peut admirer quelques-uns de ces ossements qui en font la renommée (fig. 3). D après des études magnétostratigraphiques, ces animaux auraient vécu environ 200 000 ans avant la limite K/T Crétacé/Tertiaire (ou un peu moins). Comme on le sait, la Terre compte aujourd hui un pôle Nord et un pôle Sud. Cependant, la position relative de ces pôles a changé * Traduit de l espagnol par Hélène BASLÉ, Chargée de communication & partenariats, Office de Tourisme et d Animation de Villers-sur-Mer (Calvados). 7

de nombreuses fois au cours de l histoire terrestre. Cette information se révèle dans les minéraux magnétiques que possèdent les roches, c est pourquoi nous sommes en mesure de savoir quand la disposition des pôles était identique à celle d aujourd hui et inversement. On a daté avec exactitude, dans différentes parties du monde, les instants des changements de polarité et on a ainsi pu établir une échelle valide dans le monde entier. Notre collègue, le géologue Oriol OMS de l Université Autonome de Barcelone, a été chargé de réaliser l étude magnétostratigraphique des sédiments contenant les fossiles. Celle-ci a permis de situer les ossements des dinosaures d Arén dans le même changement de polarité que la limite Crétacé- Tertiaire avec une ancienneté de 65 millions d années, c est-à-dire à moins de 200 000 ans de la limite. En géologie, nous n avons pas pour habitude d utiliser les millions d années pour nous référer à l âge des roches, nous parlons de périodes de temps. Certaines sont bien connues grâce au cinéma, comme le Jurassique qui forme, avec le Trias et le Crétacé, l ère Mésozoïque (époque à laquelle vivaient les dinosaures). C est précisément à la fin du Crétacé que s est produite l extinction des dinosaures. Mais comment le sait-on? L un des grands problèmes en géologie est de situer, sur le terrain, les limites des grandes unités temporelles à partir de critères qui permettent de les relier entre elles dans différentes parties du monde. L un des moyens pour cela : un événement instantané qui se produit sur Terre reste inscrit dans les sédiments, par exemple un impact extraterrestre. Figure 1. José Luis BARCO, du groupe Aragosaurus, durant l excavation dans le gisement de Blasi 3 (Arén, Huesca). La technique utilisée n est pas l habituelle, du fait de la dureté de la roche. (Photo DR.) Figure 2. Section de vertèbre cervicale d un dinosaure hadrosaure dans le gisement de Blasi 3. C est ainsi que se présentent les ossements dans le gisement, avant l extraction. (Photo DR.) 8

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À la fin du Crétacé s est produit la chute d une grande météorite au nord de la péninsule du Yucatán (Mexique). Cet impact violent a formé un énorme cratère d environ 250 km de diamètre et plusieurs kilomètres de profondeur. À l heure actuelle, il se trouve enterré sous des sédiments plus modernes et n est pas visible à la surface. Les effets locaux et régionaux ont dû être dévastateurs, avec la destruction de tout ce qu il y avait aux alentours sur plusieurs milliers de kilomètres à la ronde. En outre, l expulsion dans l atmosphère d une grande quantité de poudre en suspension et d éléments polluants, issus de la vaporisation des roches, a affecté, d une manière ou d une autre, la majeure partie de la Terre. Il existe de nombreuses traces, notamment dans l hémisphère Nord, qui témoignent de ce fait (fig. 4). Il s agit de concentrations anormales d éléments rares dans l écorce terrestre, comme de l iridium, des petites sphères appelées microtectites, formées par la solidification de petites gouttes fondues expulsées par l impact ; des microdiamants, des épines de nickel, du quartz formé à grande pression, tout cela à un niveau stratigraphique de quelques centimètres d épaisseur. En fait, c est certainement l impact extraterrestre le mieux traité dans l histoire de la Terre. Cependant, la question suivante s impose rapidement : comment cela a-t-il pu affecter la vie, notamment celle des dinosaures? Pour commencer à donner des réponses, nous devons nous intéresser à quelques organismes microscopiques ayant une carapace calcaire et appartenant au plancton marin. Il s agit des foraminifères qui sont très abondants dans les roches sédimentaires marines et très sensibles aux changements environnementaux. Le groupe de recherche de Micropaléontologie de l Université de Saragosse, dirigé par Eustaquio MOLINA, a cherché pendant plus de vingt ans le lien entre les preuves de l impact de la limite Crétacé-Tertiaire et la répartition des foraminifères. Ses conclusions, à partir de l étude de la limite en Espagne, en France, au Mexique, en Tunisie et à Cuba, sont frappantes : en faisant coïncider le niveau géologique avec les évidences de l impact de la limite Crétacé-Tertiaire se produit la plus grande extinction des foraminifères planctoniques de leur histoire évolutive. De fait, ils se sont éteints ainsi. Cette conclusion de nos collègues universitaires est dans la lignée des théories catastrophiques qui lient l extinction des dinosaures à l impact. Ces théories ont surgi d un travail classique du chercheur nord-américain ALVAREZ et de ses collaborateurs, publié en 1980, à partir de l étude de la section de Gubbio. Cette belle ville du centre de l Italie est entrée dans l histoire comme le premier endroit où l on a établi une relation entre un taux anormal d iridium et l extinction en masse des foraminifères planctoniques du Crétacé. Avec tout le respect qu il doit à ces microfossiles (en effet, l auteur a fait sa thèse sur les foraminifères), le travail d ALVAREZ n aurait pas eu la portée qu il a eue s il avait seulement Figure 3. Série de vertèbres caudales en connexion anatomique d un dinosaure hadrosaure du gisement de Blasi 3. Les fossiles ont été restaurés en conservant certaines parties de la matrice pour que l exposition soit plus attrayante. Ces fossiles sont déposés dans le Museo Paleontológico de la Universidad de Zaragoza. Actuellement, ils peuvent être vus au Museo de Arén (Huesca). (Photo DR.) Figure 4. Limite Crétacé/Tertiaire à Zumaya (Pays basque). Le niveau, avec les preuves d un impact, se situe à la base du niveau dur (NDLR : cf. flèche). La section de Zumaya est l une des plus célèbres du monde, pour avoir été l une des premières où a été trouvée l anomalie en iridium en relation avec le niveau d extinction des foraminifères. Comme on peut le voir sur la photographie, on ne peut accéder à la section qu à marée basse et la mer n est pas toujours bien calme. Ces jours-là, il vaut mieux la voir depuis le haut de la falaise (d où est prise cette photo, NDLR). (Photo DR.) 10

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expliqué l extinction. Ces chercheurs sont allés plus loin et ont lié l impact extraterrestre à l extinction des dinosaures. La polémique est alors née et elle demeure encore à l heure actuelle entre les défenseurs d une mort catastrophique des dinosaures et ceux qui accréditent la thèse d une disparition plus progressive au cours de la fin du Crétacé. A Gubbio, comme dans toutes les coupes où l on a étudié les foraminifères planctoniques, il n y pas de fossiles de dinosaures. Ces tétrapodes avaient un mode de vie terrestre et on trouve majoritairement leurs restes dans des roches formées dans les milieux continentaux. C est un grand inconvénient par rapport aux organismes marins. Le potentiel de conservation des dinosaures en tant que fossiles est beaucoup moins important, pour deux raisons : d une part, ils sont plus rares que les fossiles marins ; d autre part, si les carcasses de dinosaures n étaient pas enterrées rapidement, elles étaient détruites par les intempéries. Ainsi, le registre fossile des dinosaures de la fin du Crétacé est le plus rare au niveau mondial. En effet, on a seulement pu exploiter leurs fossiles dans quelques endroits aux États-Unis, en Inde, en Roumanie et dans les Pyrénées. D où la grande importance des gisements d Arén, qui sont singuliers au niveau mondial puisqu ils représentent les derniers dinosaures européens. Un grand effort a été réalisé, spécialement dans le centre des États-Unis, pour chercher une relation claire entre l extinction des dinosaures et le niveau des preuves de l impact (fig. 5). Relation qui n a jamais pu être établie. Autrement dit, le chercheur qui trouvera un squelette de dinosaure coïncidant avec le niveau de l impact entrera de l histoire de la Science. L argument des catastrophistes est qu il s agit d un problème de biais taphonomique de l enregistrement fossile. Pour autant, l absence de fossiles de dinosaures coïncidant avec la limite K/T ne constitue pas un argument pour écarter l idée d une extinction instantanée par l impact météoritique. Le scénario serait simple : à la fin du Crétacé (Maastrichtien), les espèces de dinosaures ne connaissent pas une diminution progressive, mais s éteignent au moment de la limite (géologiquement parlant). Cependant, le scénario est bien différent pour les gradualistes. Selon ces chercheurs, à la fin du Crétacé, une extinction graduelle des espèces se produit, due à une série de changements environnementaux, c est-à-dire par un changement climatique qui commence à se manifester avant la limite. L impact météoritique jouerait un rôle supplémentaire dans cette extinction, qui s ajouterait aux effets assassins, mais ce ne serait absolument pas l unique facteur, et peut-être même pas non plus le plus important. Pour comprendre ce concept, on peut utiliser un exemple d extinction actuelle. Le bucardo (bouquetin d Espagne) est (il conviendrait de dire «était») une sous-espèce de la Capra hispanica (genre qui réunit chèvres et bouquetins) qui s est éteinte à la fin du siècle dernier. L ultime exemplaire était une femelle qui vivait dans le Parc national d Ordesa et qui est morte écrasée par un sapin au cours d une tempête. On pourrait dire que le bucardo s est Figure 5. Crâne de Tyrannosaurus rex. Ce théropode est l un des plus grands découverts et il vécut vers la fin du Crétacé en Amérique du Nord. Les T. rex disparurent en même temps ou sinon très peu de temps avant l impact météoritique qui marque la limite, et pour cela on peut le considérer comme l un des «derniers dinosaures». (Photo DR.) Figure 6. Groupe de flamants roses photographiés au Parc zoologique de Madrid. Les flamants, comme le reste des oiseaux, sont des descendants des dinosaures, puisqu un groupe de théropodes (dinosaures carnivores) emplumés survécut à l extinction. (Photo DR.) 12

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éteint à cause de la chute des sapins, mais ce serait sans doute osé étant donné qu en réalité l extinction de cette espèce est due à d autres facteurs, comme la fragmentation de son territoire, la chasse excessive Pour autant, il faut différencier l agent assassin des espèces, du facteur ultime («effet bucardo») qui met un terme à la vie des dernières populations d une espèce. Pour les gradualistes, les effets environnementaux de l impact météoritique pourraient constituer l effet bucardo qui a causé la perte des dinosaures, mais ce ne serait pas le véritable assassin. Les idées gradualistes soutenues, en plus du registre fossile des dinosaures, s appuient aussi sur des données géologiques qui indiquent une détérioration environnementale à la fin du Crétacé. À ce moment-là s est produit un important réajustement des plaques tectoniques qui s est traduit par la modification du niveau de la mer et par le plus grand épisode d émissions volcaniques dans l histoire de la Terre. Il existe des zones, comme dans le Deccan (Inde), où il y a plusieurs milliers de kilomètres de couches volcaniques. Il est facile de comprendre que la grande quantité d éléments polluants émis dans l atmosphère a dû affecter le climat terrestre. Des termes qui sonnent très familiers comme «pluie acide», «effet de serre», etc., ont pu se produire suite à ce volcanisme. Dans ce scénario, les dinosaures se seraient éteints d une manière graduelle, en quelques centaines de milliers d années (quasiment instantanément d un point de vue géologique). D une certaine manière, le monde des dinosaures, avec des conditions climatiques tropicales sur la majeure partie de la Terre, avait changé ; alors les hadrosaures d Arén et la majorité des dinosaures ont fini par disparaître. Peu importe de ces deux théories laquelle nous paraît la plus correcte, ce n est pas une erreur qui figure dans le paragraphe précédent où l on a écrit «la majorité des dinosaures». En réalité, un groupe de petits dinosaures carnivores (théropodes) a été capable de survivre à cette succession d événements combinés. Il s agit des oiseaux, qui sont en fait des dinosaures à plumes (fig. 6). La machine de l évolution travaille vite et le changement organique peut produire de tels paradoxes. Nos petits moineaux ou les beaux flamants sont la preuve vivante de l existence d animaux aussi fantastiques que les grands sauropodes qui ont disparu il y a 65 millions d années. Même le meilleur auteur de science-fiction n aurait pu imaginer cela. 14