résultats de simulation numérique
L’impact du scénario dépeint est pour un de 17 km de diamètre impacteur avec une densité de 2630 kg m3 et une vitesse de 12 km/s. L’évolution du cratère jusqu’à 5 minutes après l’impact est représenté., Les sections de la simulation numérique sont représentées le long du plan de trajectoire, avec \(x=0\) défini au centre du cratère (mesuré au niveau pré-impact; \(z=0\)); la direction de l’impact est de droite à gauche. Les 3 km supérieurs de la cible pré-impact, correspondant à l’épaisseur moyenne des roches sédimentaires à Chicxulub, sont suivis par des particules traceuses (brun sableux). La déformation de la croûte (gris moyen) et du manteau supérieur (Gris Foncé) est représentée par une grille de particules traceuses (noires)., Les particules traceuses dans le matériau de l’anneau de crête sont mises en évidence en fonction de la pression de choc maximale enregistrée (échelle de couleur Blanc–bleu); le matériau cible fondu (>60 GPa) est mis en évidence en rouge.
L’impact du scénario représenté est de 21 km de diamètre impacteur avec une densité de 2630 kg m3 et une vitesse de 12 km/s., L’évolution du cratère jusqu’à 5 minutes après l’impact est représenté. Les sections de la simulation numérique sont représentées le long du plan de trajectoire, avec \(x=0\) défini au centre du cratère (mesuré au niveau pré-impact); la direction de l’impact est de droite à gauche. Les couleurs et l’ombrage du matériau et des particules traceuses sont les mêmes que la Fig. 2.
Dans notre impact vertical de la simulation (figure Supplémentaire., 3), la formation du cratère est axialement symétrique et cohérente avec les simulations numériques bidimensionnelles (2D) précédentes qui utilisaient une géométrie axialement symétrique 2,3, 17. La Collision de l’astéroïde avec la surface cible génère une onde de choc détachée qui se propage symétriquement à partir du site d’impact. Dans la première minute après l’impact, un écoulement d’excavation initié par l’onde de choc produit une cavité profonde en forme de bol, souvent appelée cratère transitoire., Le flux de matériau déprime la limite croûte-manteau sous le cratère transitoire, soulève la croûte dans la paroi du cratère transitoire et expulse la partie non vaporisée de la séquence de roches sédimentaires >de 3 km d’épaisseur du cratère transitoire dans le cadre du rideau d’éjectas (fig. 3 et film supplémentaire 1).
le cratère transitoire est instable et s’effondre de façon spectaculaire pour produire un cratère final beaucoup plus plat et plus large., Dans la simulation d’impact vertical, l’effondrement se manifeste par un soulèvement du plancher du cratère et un effondrement vers le bas et vers l’intérieur du bord transitoire du cratère et d’un collier environnant de roches sédimentaires. Le soulèvement du sol commence directement sous le centre du cratère transitoire et se poursuit verticalement vers le haut, dépassant la surface avant l’impact pour former un grand soulèvement central. Dans le même temps, l’effondrement de la jante se produit symétriquement à tous les azimuts, convergeant vers le soulèvement central et aidant à le remonter., Enfin, le soulèvement central surchauffé des roches crustales s’effondre vers le bas et vers l’extérieur, renversant le bord du cratère transitoire effondré pour former un anneau soulevé de sous-sol cristallin, recouvrant des roches sédimentaires effondrées vers l’intérieur de l’extérieur du cratère transitoire., Bien que la résolution spatiale des simulations numériques soit insuffisante pour résoudre la topographie caractéristique à pic pointu de l’anneau intérieur observée dans les cratères à anneau de pic extraterrestre, nous sommes en mesure d’identifier la position et la structure du matériau qui forme l’anneau de pic dans les simulations numériques comme un collier de 10 km de large autour du soulèvement 2). Ce modèle de formation de cratères à anneau de pic est soutenu par des données géophysiques20, 21 et des forages géologiques17 récents à Chicxulub, ainsi que par des données de télédétection provenant du cratère à anneau de pic de Schrödinger sur la Lune22.,
Les Impacts à des angles progressivement moins profonds par rapport à l’horizontale entraînent un développement de plus en plus asymétrique du cratère, à l’intérieur (fig. 2 et 3, figure Supplémentaire. 4; Films supplémentaires 2-4), tandis que la forme du bassin d’impact final reste approximativement circulaire (tableau supplémentaire 1; fig. supplémentaire. 9). À mesure que l’angle d’impact diminue, le décalage vers le bas du centre du cratère par rapport au point d’impact augmente; moins de soulèvement du bord transitoire du cratère se produit dans la direction ascendante; et plus de soulèvement se produit dans la direction descendante (fig. 2 et 3, figure Supplémentaire. 4)., Par rapport au centre final du cratère, la partie la plus profonde du cratère transitoire (et du manteau déprimé) se déplace également avec l’angle d’impact décroissant, d’abord vers la direction ascendante (Fig. 2), puis en revenant vers le centre (Complémentaire Fig. 4 et Fig. 3). La phase d’effondrement de la formation du cratère est également modifiée par l’angle d’impact. Le soulèvement du plancher du cratère lors de l’effondrement du cratère commence en amont du centre du cratère, mais a une composante en aval telle que l’axe de soulèvement central est incliné en aval et le centre du soulèvement avant son effondrement est en aval du centre du cratère (fig., 2 et 3, figure Supplémentaire. 4; Films Supplémentaires 2-4). Inversement, l’effondrement vers le bas et vers l’extérieur du soulèvement central se produit préférentiellement dans la direction ascendante, ce qui entraîne un renversement accru du soulèvement central au-dessus du bord transitoire du cratère dans la direction ascendante. Le résultat net de l’élévation dirigée vers le bas et de la chute dirigée vers le haut du soulèvement central est un anneau de crête simulé dont le centre géométrique n’est que modérément décalé dans la direction de la descente (fig. 4 et 5).
Le décalage du centre de manteau de soulèvement (carrés) et le centre de la simulation de pointe anneau (cercles), par rapport au cratère du centre, sont présentés en fonction de l’angle d’impact à l’horizontale. Les bandes grises indiquent les décalages relatifs approximatifs des centres de l’anneau de crête et du soulèvement du manteau à Chicxulub, en tenant compte de l’incertitude du diamètre du cratère et de l’emplacement des différentes caractéristiques (Voir fig. 1).,
L’impact des simulations présentées dans les fig. 2 et 3 utilisent une vitesse d’impact de 12 km/S, seulement légèrement supérieure à la vitesse minimale possible—la vitesse D’échappement de la Terre de 11,2 km/s. Bien que ces résultats soient probablement représentatifs de ~25% de tous les impacts qui se produisent à des vitesses inférieures à 15 km/S, nous avons également effectué une autre série de simulations avec une vitesse d’impact plus probable de 20 km/s (proche de la vitesse moyenne et médiane D’impact de l’astéroïde de la Terre23) pour examiner la sensibilité de nos résultats à la vitesse de l’impacteur. , Les impacts à plus grande vitesse ont produit des décalages similaires dans le centre de soulèvement du manteau et dans le centre simulé de l’anneau de crête(voir fig. 2 et 3 avec des figues supplémentaires. 6 et 7), et les mêmes tendances dans les décalages avec angle d’impact (fig. 5).
une conséquence importante de la vitesse d’impact plus élevée est l’augmentation de la production de fonte causée par des pressions de choc plus élevées près du site d’impact (par exemple, comparer la fig. 2a et fig. supplémentaire. 6a)., Le volume de fonte plus important complique l’interprétation de la structure de l’anneau de crête dans les simulations de 20 km/s, car la dynamique de la fonte ne devrait pas être bien capturée, compte tenu de la résolution spatiale de 500 m des simulations 3D, et se poursuivrait probablement longtemps après l’Heure de fin de la simulation. Néanmoins, la distribution latérale de la matière fondue par rapport à la matière crête-anneau à la fin des simulations (fig., 8 et 10) suggère qu’en dessous d’un angle d’impact de \(4{5}^{\circ}\), il y a une forte concentration (feuille épaisse) de fonte superficielle dans le quadrant descendant du cratère, ce qui est susceptible d’entraver ou d’empêcher la formation d’un anneau de pic topographique à ces azimuts. Nos résultats soutiennent donc l’idée que les formes en forme de sabot de cheval indiquent des impacts à angle peu profond, avec l’écart dans le diagnostic de l’anneau de crête de la direction descendante24.,
comparaison avec les observations
L’asymétrie dans le développement des cratères produit des différences dans la structure centrale des cratères dans les directions ascendante et descendante. Tandis que le centre de la simulation de pointe anneau semble être constamment compenser levait du cratère centre de ~5% du cratère de diamètre dans les trois oblique impacts, le centre du manteau résiduel est compensée uprange du cratère centre \(6{0}^{\circ }\) et, dans une moindre mesure, le \(4{5}^{\circ }\) l’impact; et est compensée levait dans le \(3{0}^{\circ }\) impact (Fig. 5)., Ce modèle de décalage manteau-soulèvement par rapport au bord final du cratère est une conséquence du changement correspondant dans le décalage de la partie la plus profonde du cratère transitoire par rapport au centre du cratère final. Les observations géophysiques à Chicxulub suggèrent que les centres de l’anneau de crête et du soulèvement du manteau sont décalés dans des directions différentes et approximativement opposées du centre du cratère (fig. 1). Incertitude dans les emplacements précis des centres du cratère, de l’anneau de crête et du soulèvement du manteau (fig., 1), ainsi que l’incertitude dans le diamètre du cratère25, contribuent à une incertitude approximative de 26% et 48% pour le décalage relatif de l’anneau de crête et du soulèvement du manteau, respectivement (bandes grises sur la Fig. 5). La comparaison de ces observations avec nos résultats de simulation suggère que la configuration observée est la plus similaire aux simulations d’impact \(6{0}^{\circ}\) (ou éventuellement à la simulation d’impact \(4{5}^{\circ }\) à 20 km/S; Fig. 5).
nous observons également un changement systématique de la différence entre le haut et le bas de la structure souterraine des anneaux de crête simulés avec angle d’impact (Fig. 4)., Semblable à la situation dans un impact vertical, à \(6{0}^{\circ}\), l’anneau de crête simulé est formé de roches crustales granitiques renversées provenant du soulèvement central au-dessus de roches sédimentaires effondrées de la paroi transitoire du cratère, dans toutes les directions. Cependant, les roches sédimentaires sont plus profondes et s’étendent plus loin sous l’anneau de crête simulé dans la direction ascendante par rapport à la direction descendante (Fig. 4)., À \(4{5}^{\circ}\) et \(3 {0}^{\circ}\) cette différence est plus prononcée: du côté descendant du cratère, les roches sédimentaires affaissées vers l’intérieur ne s’étendent pas sous l’anneau de crête simulé (Fig. 4) en raison du soulèvement transitoire amélioré de la jante du cratère dans cette direction. Cette configuration descendante est incompatible avec les interprétations géophysiques à Chicxulub, qui suggèrent que des blocs d’affaissement sédimentaires se trouvent sous la partie externe de l’anneau de crête à tous les azimuts offshore12,25., Cependant, les asymétries d’épaisseur des sédiments et de profondeur de l’eau avant l’impact, en particulier dans la partie nord-est du cratère (et potentiellement dans la croûte), peuvent également affecter la structure sous l’anneau du PIC3.
un indicateur proposé de l’impact à faible angle est la troncature de l’anneau de crête dans la direction de la plage descendante24. Nos simulations numériques à des vitesses d’impact terrestres typiques (20 km / s) sont cohérentes avec la production d’un écart dans l’anneau de crête dans la direction de la plage descendante pour des angles d’impact moins profonds que 45° (fig. 8 et 10)., Cependant, les données géophysiques ne corroborent pas un écart important dans l’anneau du Pic de Chicxulub qui pourrait indiquer un impact à faible angle. L’expression topographique de l’anneau de crête est clairement résolue dans toutes les lignes radiales de réflexion sismique à travers la partie au large du crater28 et est particulièrement importante dans la ligne de réflexion sismique nord-ouest Chicx-B28, la direction descendante selon l’hypothèse d’impact à angle peu profond proposée par Schultz et d’Hondt8., Bien que la partie terrestre du cratère n’ait pas été imagée sismiquement, l’anomalie de gravité négative annulaire qui s’est avérée corrélée à la position de l’anneau de crête au large est bien prononcée et continue dans cette région, sans rupture pouvant indiquer une abondance de fonte ou un changement dans le caractère de l’anneau de crête. La continuité de la signature géophysique de l’anneau de crête soutient donc également une trajectoire d’impact plus fortement inclinée.,
En résumé, nos simulations numériques d’impacts obliques à L’échelle de Chicxulub semblent être les plus cohérentes avec la structure interne du cratère Chicxulub pour un angle d’impact fortement incliné de 45-60° par rapport à l’horizontale. Si les asymétries observées dans le soulèvement de Moho, le soulèvement central et l’anneau de crête de la structure D’impact de Chicxulub sont attribuables à la trajectoire de l’impact, la direction implicite de l’impact est du Nord-est au sud-ouest. C’est la direction opposée à celle proposée par Hildebrand et coll.11 basé sur le décalage du soulèvement central par rapport au centre du cratère., Nos résultats indiquent que le soulèvement du plancher du cratère se produit dans une direction descendante plutôt que ascendante, ce qui est compatible avec les simulations numériques de formation de cratères19 complexes et l’interprétation géologique des soulèvements structuraux érodés dans les cratères9,29 complexes terrestres.
Les Analyses des cratères Vénusiens n’ont pas montré de lien clair entre les asymétries dans les caractéristiques centrales des cratères et la direction de l’impact., On a observé une légère tendance à décaler le centre de l’anneau de crête dans la direction descendante, mais les résultats n’ont pas été concluants, en partie en raison du nombre relativement faible de cratères utilisés dans l’étude30. L’amplitude du décalage (0,03–0,07 D) est cependant compatible avec nos résultats de simulation numérique. En revanche, il n’y a pas de corrélation entre la direction de la trajectoire de l’impact et le décalage par rapport au centre du cratère des pics centraux dans les petits cratères31., Bien que nous n’ayons pas simulé la formation du pic central dans ce travail, nos résultats fournissent une explication possible de l’absence de corrélation. Aux angles raides, le soulèvement du plancher du cratère initie la montée du centre du cratère, tandis qu’aux angles peu profonds, le soulèvement initie la descente. Si les pics centraux représentent des remontées centrales gelées, des décalages dans la direction ascendante ou descendante peuvent donc être attendus à des angles modérément obliques 30–\(6{0}^{\circ }\).,
conséquences d’un impact de Chicxulub fortement incliné
Les Impacts qui se produisent à un angle d’incidence raide sont plus efficaces pour excaver des matériaux et ouvrir une grande cavité dans la croûte que les impacts d’incidence peu profonds5,19. Notre Angle d’impact préféré de ca. 60° est proche du scénario vertical le plus efficace, ce qui suggère que les estimations antérieures de l’énergie cinétique de l’impacteur basées sur des simulations d’impact vertical 2D à haute résolution 2, 17 n’ont pas besoin d’être révisées de façon spectaculaire en fonction de l’angle d’impact.,
Les impacts fortement inclinés favorisent une répartition plus symétrique des matériaux éjectés du cratère entre les éjectas proximal et distale5. L’asymétrie dans la distribution des éjectas a été utilisée à l’origine par Schultz et d’Hondt8 comme argument pour un angle d’impact peu profond vers le nord-ouest. Cette observation était basée sur l’observation que la taille des particules et l’épaisseur de la couche étaient relativement importantes dans les sites Nord–Américains de K-Pg., Des travaux ultérieurs ont montré que le nombre et la taille des grains de quartz choqués présents dans la couche d’éjecta globale diminuent avec la distance de Chicxulub et sont indépendants de l’azimuth32, 33,34. En outre, la double couche de 1 à 3 cm d’épaisseur en Amérique du nord est également observée au sud et au sud-est de Chicxulub en Colombie35 et la montée de Demerara 36 à des paléodistances équivalentes de Chicxulub. La couche limite globale K–Pg a donc une distribution d’éjectas plus ou moins symétrique, compatible avec notre angle d’impact raide préféré.,
l’angle d’Impact a une influence importante sur la masse des roches cibles sédimentaires vaporisées par L’impact de Chicxulub37. Des simulations numériques complémentaires récentes de la production de vapeur d’impact lors d’impacts obliques utilisant le code de physique des chocs SOVA ont montré qu’un angle de trajectoire de 30-60° constitue le pire scénario pour l’éjection à grande vitesse de CO2 et de soufre par L’impact de Chicxulub37., À cette plage d’angles d’impact, la masse éjectée de CO2 est un facteur de deux à trois fois supérieur à celui d’un impact vertical et environ un ordre de grandeur supérieur à un angle très peu profond(\(1{5}^{\circ}\)) scenario37. L’absence d’évaporites dans le carottier Iodp-ICDP Expedition 364 est compatible avec une vaporisation très efficace des roches sédimentaires à Chicxulub27., Nos simulations suggèrent donc que L’impact de Chicxulub a produit une distribution presque symétrique des éjectas et était parmi les pires scénarios pour la létalité de l’impact par la production de gaz changeant le climat.