Logan Medallist 4. Large-Scale Impact and Earth History

Abstract

The current record of large-scale impact on Earth consists of close to 200 impact structures and some 30 impact events recorded in the stratigraphic record, only some of which are related to known structures. It is a preservation sample of a much larger production population, with the impact rate on Earth being higher than that of the moon. This is due to the Earth's larger physical and gravitational cross-sections, with respect to asteroidal and cometary bodies entering the inner solar system. While terrestrial impact structures have been studied as the only source of ground-truth data on impact as a planetary process, it is becoming increasingly acknowledged that large-scale impact has had its effects on the geologic history of the Earth, itself. As extremely high energy events, impacts redistribute, disrupt and reprocess target lithologies, resulting in topographic, structural and thermal anomalies in the upper crust. This has resulted in many impact structures being the source of natural resources, including some world-class examples, such as gold and uranium at Vredefort, South Africa, Ni–Cu–PGE sulphides at Sudbury, Canada and hydrocarbons from the Campeche Bank, Mexico. Large-scale impact also has the potential to disrupt the terrestrial biosphere. The most devastating known example is the evidence for the role of impact in the Cretaceous–Paleocene (K–Pg) mass extinction event and the formation of the Chicxulub structure, Mexico. It also likely had a role in other, less dramatic, climatic excursions, such as the Paleocene–Eocene–Thermal Maximum (PETM) event. The impact rate was much higher in early Earth history and, while based on reasoned speculation, it is argued that the early surface of the Hadean Earth was replete with massive impact melt pools, in place of the large multiring basins that formed on the lower gravity moon in the same time-period. These melt pools would differentiate to form more felsic upper lithologies and, thus, are a potential source for Hadean-aged zircons, without invoking more modern geodynamic scenarios. The Earth-moon system is unique in the inner solar system and currently the best working hypothesis for its origin is a planetary-scale impact with the proto-Earth, after core formation at ca. 4.43 Ga. Future large-scale impact is a low probability event but with high consequences and has the potential to create a natural disaster of proportions unequalled by other geologic processes and threaten the extended future of human civilization, itself.

Résumé

Le bilan actuel de traces de grands impacts sur la Terre se compose de près de 200 astroblèmes et d'une trentaine d'impacts enregistrés dans la stratigraphie, dont seulement certains sont liés à des astroblèmes connus. Il s'agit d'échantillons préservés sur une population d'événements beaucoup plus importante, le taux d'impact sur Terre étant supérieur à celui de la lune. Cela tient aux plus grandes sections transversales physiques et gravitationnelles de la Terre sur la trajectoire des astéroïdes et comètes qui pénètrent le système solaire interne. Alors que les astroblèmes terrestres ont été étudiés comme étant la seule source de données avérée d'impacts en tant que processus planétaire, de plus en plus on reconnaît que les grands impacts ont eu des effets sur l'histoire géologique de la Terre. À l'instar des événements d'énergie extrême, les impacts redistribuent, perturbent et remanient les lithologies impliquées, provoquant dans la croûte terrestre supérieure des anomalies topographiques, structurelles et thermiques. Il en a résulté de nombreux astroblèmes à l'origine de ressources naturelles, dont certains exemples de classe mondiale tels que l'or et l'uranium à Vredefort en Afrique du Sud, les sulfures de Ni–Cu– PGE à Sudbury au Canada, et les hydrocarbures du Banc de Campeche au Mexique. Les grands impacts peuvent également perturber la biosphère terrestre. L'exemple le plus dévastateur connu nous est donné des indices du rôle de l'impact dans l'extinction de masse au Crétacé–Paléogène (K–Pg) et la formation de la structure de Chicxulub, au Mexique. Il a également probablement joué un rôle dans d'autres événements climatiques extraordinaires moins dramatiques, comme le Maximum thermal du Paleocène–Eocène (PETM). Le taux d'impact était beaucoup plus élevé au début de l'histoire de la Terre et, tout en étant basé sur une spéculation raisonnée, on fait valoir que la surface précoce de la Terre à l'Hadéen était tapissée de grands bassins en fusion, au lieu de grands bassins à couronnes multiples tels ceux qui se sont formés à la même période sur la lune ayant une gravité inférieure. Ces bassins en fusion se seraient différenciées pour constituer des lithologies plus felsiques sur le dessus, devenant ainsi une source potentielle de zircons d'âge Hadéen, sans qu'il soit nécessaire d'invoquer des scénarios géodynamiques plus récents. Le système Terre-lune est unique dans le système solaire interne. Actuellement la meilleure hypothèse de travail pour son origine est un impact planétaire avec la proto-Terre, après la formation du noyau à env. 4,43 Ga. La probabilité d'un futur grand impact est faible mais comporte des conséquences capables d'engendrer un désastre naturel aux proportions inégalées comparé à d'autres processus géologiques, menaçant l'avenir de la civilisation humaine elle-même. Traduit par le Traducteur