Cette earthcache, située sur le bord du fleuve Saint-Laurent
entre Cap-aux-Oies et Cap-à-la-Corneille, vous mènera au coeur même
du
cratère de Charlevoix. Pour vous y rendre
prendre la route 362 et, à mi-chemin entre les villages de
Saint-Irénée et de Les Éboulements, emprunter le
chemin de Cap-aux-Oies jusqu'au
stationnement de la plage.
Les impacts météoritiques
Un cratère d'impact est une structure géologique formé par la
collision d'une
météorite avec une planète ou un satellite.
Avant 1960, on croyait que tous les cratères terrestres avaient une
origine
volcanique. L'exploration planètaire, et plus
particulièrement celle de la lune, ont radicalement changé notre
façon de voir les choses. Aujourd'hui, la presque totalité des
structures circulaires présentent sur les surface des planètes sont
considérées comme résultant de l'impact de météorites.
Illustration 1: Réprésentation d'un impact
météoritique se produisant le long de la côte. Il y a 350 millions
d'années, l'impact de Charlevoix s'est produit dans des conditions
similaires. (source: NASA)
Sur Terre, on dénombre près de
200 cratères d'origines météoritiques, situés
pour la plupart dans les boucliers de l'Amérique du Nord, de
l'Europe et de l'Australie.1 C'est bien peu en comparaison
des dizaines de milliers d'impacts importants que la Terre aurait
subi depuis sa formation. Le renouvellement de la croûte terrestre
par l'action des plaques tectoniques et l'érosion des roches par
l'atmosphère et l'hydrosphère expliquent la rareté des cratères
d'impacts anciens de nos jours.
L'énergie dégagée par les
impacts
L'impact d'une météorite de grande taille dégage une telle
quantité d'énergie qu'il est difficile de se l'imaginer. Pour mieux
comprendre l'ordre de grandeur des énergies en jeu considérons les
exemples suivants: la bombe de 13
kilotonnes de TNT qui a explosée sur
Hiroshima équivaut à 5x1013 J
(Joules), l'éruption volcanique du Mont
Saint-Helen est estimée à 6x1016J et un tremblement
de terre de 9.0 sur l'échelle de Richter libèrent
1018J. En comparaison, l'impact qui a produit la
structure de Charlevoix a dégagé une énergie de 1021J
soit l'équivalent de 1000 tremblements de terre de magnitude 9.0
ou 20 millions de bombes atomiques identiques à celle ayant
explosé sur Hiroshima!
2
Les vitesses des météorites, beaucoup plus que leurs masses,
leur confèrent cette énorme énergie destructrice. Dans le cas des
météorite, les vitesses sont très importantes: elles varient entre
11 et 72 km/s!3. Étant
donné que
l'énergie cinétique libérée par l'impact d'un
projectile est proportionnelle au carré de sa vitesse, on
comprend qu'elle est très grande, et ce même, pour une météorite
de taille modeste.
Formation d'un cratère
Lors de l'impact, la
météorite pénètre les roches produisant une
onde de
choc accompagnée de
pressions et de températures très élevées. A mesure que l'onde de
choc se propage dans les roches, son énergie diminue de même
que les pressions et les températures auxquelles les roches
sont soumises. Ainsi, en s'éloignant du point d'impact, on retrouve
des zones de roches vaporisées, fondues et enfin fragmentées. Alors
que les roches vaporisées s'élèvent en une épaisse colonne de
vapeur et de fumée, l'onde de choc propulse le
magma (roches fondues) et les fragments de
roches vers le bas et sur les côtés. L'effet combiné des deux
processus produit un cratère d'impact. Une fois l'excavation
terminée, les bords du cratère s'affaissent sous l'effet de la
gravité et les roches sous le cratère rebondissent en formant un
pointement central, un peu comme l'eau qui rebondit à l'endroit où
on laisse tomber un caillou. L'excavation d'un cratère est un
processus très rapide: on estime qu'un cratère de 200 km de
diamètre se forme en moins de 10
minutes!
4
Illustration 2: Image satellite du cratère de
Charlevoix. Les couleurs représentent les altitudes qui vont de -50
mètres (encodées en bleu) à 1080 mètres (encodées en rouge). Le
mont des Éboulements se trouve au milieu du cratère qui est bordé
par le Bouclier Canadien. Les rivières du Gouffre et Malbaie
délimitent le plateau intérieur du cratère. (source: Agence
Spatiale Canadienne)
Les impacts météoritiques génèrent des pressions et des
températures extrèmes qui ne sont produites par aucun autres
processus géologiques. Au point d'impact, les pressions sont très
élevées, pouvant atteindre quelques
megabars et les températures plusieurs milliers
de degrés Celcius5! De
plus, comme les ondes de choc se propagent rapidement dans les
roches, les pressions sont appliquées soudainement durant de très
brefs intervalles. En comparaison, les pressions engendrées
par les processus géologiques
terrestres (les éruptions volcaniques et séismes par exemples) sont
plus faibles et sont appliquées beaucoup plus lentement. A
l'instar des conditions extrèmes engendrées par les impacts
météoritiques, les déformations résultantes sont distinctes et
uniques. On appelle
métamorphisme de choc les déformations des
roches ainsi produites.
Métamorphisme de choc
Le métamorphisme de choc regroupe un type particulier de
fracture conique appelée shattercone ou cône de percussion ainsi
qu'un grand nombre de
déformations microscopiques des minéraux. Parmi
ces dernières citons : les structures de déformations planaires,
les verres de roches et de minéraux et les minéraux denses de haute
pression. Les géologues utilisent les déformations de choc pour
conclure à la présence d'un cratère d'origine météoritique.
Illustration 3: Échantillon de shattercone de
Cap-aux-Oies. Noter les fines fractures divergentes en forme de
queue de cheval, typique des shattercones.
Le terme
impactite designe toutes roches ayant subi
l'onde de choc d'un impact météoritique. La classification des
impactites est complexe et controversée. Disons simplement, qu'il
existe plusieurs types d'impactite. Parmis celles-ci, on distingue
les roches issues de la cristallisation des magmas d'impacts, les
brèches d'impacts et les shattercones. Les
shattercones constituent les impactites ayant été soumises aux plus
faibles conditions de pressions d'une onde de choc.
Shattercones
Les shattercones ou cône de percussion sont des fractures
courbées et striées se présentant généralement sous forme de cône
partiel ou complet. Il s'agit de la seule déformation de choc
visible à l'oeil nu dans les roches. Les cônes de percussion se
développent seuls ou en groupe et peuvent atteindre quelques
millimètres à une dizaines de mètres de longueur. On trouve les
shattercones les mieux développés dans les roches homogènes à
grains fins comme les calcaires. Les shattercones sont d'excellents
indicateurs d'impacts, car ils sont très abondants dans les roches
sous le cratère d'impact.
Illustration 4: Shattercone complet dans le
calcaire de Cap-aux-Oies. A mesure que l'onde de choc se propage,
elle forme des fractures coniques dans le socle rocheux. Le GPS
permet de se faire une bonne idée de la taille de ce cône de
percussion!
Le site de Cap-aux-Oies
Il y a 350 millions d'années, la
collision d'une météorite de 2 km de diamètre créait
l'astroblème de Charlevoix, une structure
d'impact de 56 km de diamètre. Il s'agit du premier cratère à
avoir été découvert par l'identification de
shattercones6.
Pour plus de détail sur l'astroblème de Charlevoix consulter la
earthcache
GC1G4N0 ainsi que les références.
Illustration 5: Randonnéé proposée le long du
littoral de Cap-aux-Oies
Votre tâche, si vous l'acceptez, consiste à fournir la preuve
que le cratère de Charlevoix est un cratère d'impact. Pour ce
faire, il vous faudra vous rendre aux coordonnées indiquées, afin
d'identifier et de photographier un ou plusieurs shattercones (voir
les images ci-dessus). A cet endroit, les shattercones se sont
formés dans les calcaires de la Plate-Forme du Saint-Laurent et
sont assez facile à identifier moyennant un peu d'observation et de
la patience
.
Veuillez s'il-vous-plait
vous abstenir d'échantillonner directement les shattercones du
site. Si vous regarder attentivement, vous pourrez récupérer de
jolis petits échantillons reposant sur le sol.
De retour à la maison, faites parvenir un courriel au
propriétaire de la cache en y joignant une de vos photographies (la
plus belle!) ainsi que la réponse à la question suivante:
- Quelle est la longueur (en millimètres) du shattercone que vous
avez pris en photo ?
Veuillez attendre l'autorisation du
propriétaire avant d'inscrire la cache comme
trouvée.
Pour ajouter à la difficulté, le site n'est pas accessible à
marée haute. Vous devrez donc vous y rendre lorsque la marée est
basse. Noter cependant qu'il n'est pas nécessaire que la marée soit
au plus bas! Pour connaître l'horaire des marées dans le secteur de
Cap-aux-Oies
consulter le site de Pêches et Océans
Canada.
This earthcache, located on the shore of the
St-Laurence river between Cap-aux-Oies and Cap-à-la-Corneille,
takes you to the heart of the
Charlevoix impact crater. To
get there, take route 362 and half way between the villages of
Saint-Irénée and Les Éboulements, go down the hill along the
chemin de
Cap-aux-Oies
until you reach the beach
parking.
Meteoritic impact
Impact craters are geological structures
formed by the collision between a
meteorite and a planet or
satellite. Before 1960, most geologists believed that terrestrial
craters were of
volcanic origin. Planetary
and particularly lunar exploration has radically changed our way of
thinking. Nowadays, geologists consider that most circular
structures present on the surface of planets were formed by
meteorite impacts.
Illustration 6: Graphical illustration of a
meteoritic impact along a coast line. About 350 millions years ago,
the Charlevoix crater was formed under similar conditions. (source:
NASA)
Currently we know of about
200 meteorite impact
craters, that are mostly located on the
shields of North-America, Africa, Europe and
Australia.7
This seems quite few if we think about the
thousands of large impacts that must have affected the Earth
since its formation; just look at the Moon! This scarcity of
impact craters is due to the constant renewal of terrestrial
crust by plate tectonics as well as by active erosion caused by
earth atmosphere and hydrosphere.
Energy release by impacts
It is very difficult to imagine the
tremendous energy involved by a large meteorite impact. To better
understand the orders of magnitude of the energy in play consider
that the Hiroshima nuclear bomb released the equivalent of
5x1013
Joules
(13
kilotonnes
of TNT explosives), the eruption of Mount
Saint-Helens is estimated at
6x1016
Joules and a large earthquake of magnitude 9
on the Richter scale is estimated at
1018
Joules. The Charlevoix impact released an
estimated 1021
Joules or the equivalent of 1000 magnitude 9
earthquakes or 20 millions Hiroshima explosions!
It is the combination of the large mass and
high velocity of meteorites that creates these huge energies. In
the case of meteorites, the speeds are very large: they vary
between 11 and 72 kilometers per second
!8
. The earth itself is traveling around the sun at about 30 km per
second.9
Remember that the
kinetic
energy of a body
is calculated using the square of its speed. This explains how
the energies released are so large even if the meteorite may be
quite small.
Creation of craters
At the time of impact, a meteorite produces
a
shockwave
characterized by very high pressure and heat.
As the shockwave propagates through the bedrock, it loses energy
and the pressure and heat diminish with distance. At the impact
point the rock may vaporize, further away it may melt and then
fracture. As the vaporised rock rises in a cloud of steam and
smoke, the shockwave pushes the
magma
and brecciated rock to the side and bottom of
the hole. The combined effect of this process creates the impact
crater. The crust itself may be so fractured that a circular
zone may drop under the pull of gravity while the cental zone,
lightened by the loss of the volatilized material may rise and
form a central high point, a bit like the raise dimple in the
middle of the splash made by a pebble falling into water. The
excavation phase is very rapid and a 200 km diameter crater may
form in less than 10
minutes!
10
Illustration 7: Satellite picture of the
Charlevoix impact structure. Colour scale represent different
elevations ranging from 50m (blue) to 1080m (red). The Éboulements
mountain lies at the center of the crater which is located on the
edge of the Canadian shield. The Gouffre and Malbaie rivers eroded
the shattered outer zone and outline the interior plateau of the
crater (source: Canadian Space Agency)
Meteorite impacts generate extreme pressures
and temperatures that are unique among those normally produced by
other geological processes. At the point of impact, the pressures
may reach several
megabars
and the temperatures several thousand degrees
Celcius11
!
Furthermore, since the shockwaves travel very
fast through the rock, the pressures are present during a very
brief but intense period of time. Typically pressures generated by
terrestrial geological processes (volcanoes and earthquakes) are
much weaker and develop over longer times. The extreme conditions
at meteorite impacts create unique and distinctive deformations and
minerals. These types of deformations are known as
shock metamorphism.
Shock
metamorphism
Shock metamorphism produces a particular set
of conical fractures called shattercones (or percussion cones) as
well as many
microscopic
(mineral grain scale) deformations. Among these we can mention :
planar deformation scructures, mineral and rock glasses and dense
high pressure minerals even
diamonds!12.
Geologists use these deformations to identify meteorite impact
structures.
Illustration 8: Shattercone sample from
Cap-aux-Oies. Note the fine fractures with a divergent horsertail
structure
Impactite is a term that covers all rocks
affected by the shockwave generated by meteorite impacts. Impactite
classification is complex and controversial. Suffice to say that
there are many types of impactite. Among these, there the rocks
formed by the cristallisation of impact melts, impact
breccias and shattercones. Shattercones are
created under the weakest pressure conditions generated by
meteorite impact shockwaves.
Shattercones
Shattercones (or percussion cones) are curved and
striated fractures showing partial or complete cone reminiscent of
a horsetail.
Illustration 9: Complete shattercone in the
Cap-aux-Oies limestone. As the shockwave travels through the
bedrock, it forms the classic conical fractures. You can get an
idea of the cone size using the GPS sitting on the
outcrop!
They are the only shock deformation that is visible
by the human eye. Percussion cones can be found individually or in
groups and range from a few millimeters to several meters in
length. The best shattercones are found in homogeneous, fine
grained rocks such as limestones. Shattercones are excellent
indicators for meteorite impacts and are usually abundant in the
rocks located under the impact crater.
The Cap-aux-Oies
site
350 millions years ago, the collision of a 2
km wide meteorite created the Charlevoix
astrobleme
, an impact crater 56 km in diameter. It was the first impact
crater identified with
shattercones13
. For more details on the Charlesvoix astrobleme consult
earthcache
GC1G4N0
and the references below.
Illustration 10: Proposed hike along the
Cap-aux-Oies beach
Your task, if you accept it, consists in finding
proof that the Charlevoix crater is a real meteorite impact crater.
To do this you must reach the coordinates, identify and take a
picture of one or more shattercones (see above pictures). At the
coordinates, the shattercones are found in the Saint-Laurence
Lowlands limestones and are quite simple to identify if you use a
little observation and patience
.
Please, refrain from
sampling the shattercones, if you look carefully there are many
small ones just lying around that you can pick up but leave the
ones in place.
Back home, send an email to the
earthcache owner with one of your
pictures (the best one or course!) and your answer to the following
question :
- What is the length (in millimeters) of the shattercone that you
take a picture of ?
You must wait for
confirmation by the earthcache owner before
claiming it
found.
As a further difficulty, the shattercones are
under water at high tide! You must be at
the site near low tide. You will be able to see the shattercones
even if the tide is not at the low point but to be sure check out
tide hours on the
Fisheries and Oceans
Canada
web site
for the Saint-Irené tide sation.
Remerciement/Acknowledgement
M. Charles Lamontagne ingénieur géologue pour la révision et la
traduction du document en anglais
M. Charles Lamontagne geological engineer for reviewing and
translating the document in english
Références/References
Rondot, Jehan, Les impacts
météoritiques à l'exemple de ceux du Québec, Beauport, MNH,
1995, 157 p.
French Bevan M.
Traces of Catastrophe A Handbook of
Shock-Metamorphic Effects in Terrestrial Meteorite Impact
Structures, Lunar
And Planetary Institute, Houston TX, 1998, 111 p.
Short, Nicolas M.
Remote sensing Tutorial, Section 18: Basic Science
II: Impact Cratering
Lunar and Planetary
Institute,
Terrestrial Impact Craters Second
Edition
The Planetary
and Space Science Center,
Earth Impact Database base de données de
structure d'impacts terrestres
Earth Impact Effects Program, un simulateur des
effets d'un impact météoritique
DesGagniers, Jean.
Charlevoix Pays
Enchanté, Les
Presses de L'Université Laval, Québec, 1994, 138 p.
Notes/Footnotes