Soutenance de thèse de SADAKA Carine
Titre de thèse
Contraintes sur le flux de météorites sur Terre au cours des 2 derniers millions d'années
Constraints on the meteorite flux to Earth over the last 2 million years
Résumé de la thèse
La Terre est continuellement bombardée par des objets extraterrestres de tailles et d'origines variées. Parmi eux, les météorites, dont la taille varie entre quelques centimètres et plusieurs mètres, survivent à l'entrée atmosphérique et atteignent la surface terrestre. Les météorites offrent des informations uniques sur la composition et l'évolution du Système solaire. Les déserts chauds sont particulièrement propices à leur conservation et leur collecte, grâce à leur climat aride et à la stabilité de leurs surfaces. Le désert d'Atacama, au Chili, se distingue par une aridité extrême et une stabilité de surface à long terme, qui ont permis l'accumulation des collections de météorites les plus anciennes et les plus denses au monde. Ces conditions offrent la possibilité d'étudier le flux de météorites sur Terre sur des échelles de temps non accessibles ailleurs. Par exemple, la collection d'El Médano présente un âge terrestre moyen de 710 000 ans. Des données préliminaires suggèrent aussi des variations dans la composition du flux de météorites au cours du temps, notamment une augmentation significative des chondrites H par rapport aux chondrites L entre 500 000 et 1 million d'années.
Cette thèse a pour objectif d'étudier l'intensité et la composition du flux de météorite au cours des deux derniers millions d'années, ainsi que ses éventuelles variations temporelles. Elle s'appuie sur deux régions distinctes dans le désert d'Atacama : la première dans la zone dense de collection de Catalina (DCA de Catalina) située à environ 60 km de la DCA d'El Médano, et la deuxième un ensemble de zones situés plus au nord et regroupées sous le nom de « zone de Calama » (dans les DCAs de Calama, Chug Chug et Sierra Gorda), à environ 270 km d'El Médano.
Dans la zone de Catalina, des recherches systématiques menées à pied sur 6,80 km² ont permis de collecter 1 599 météorites, constituant la « Collection Systématique de Catalina » (CSC). Il s'agit de la plus forte densité de météorites recensée dans un désert chaud, dépassant celle d'El Médano, et confirmant la richesse exceptionnelle en météorites de la Dépression Centrale de l'Atacama.
Les âges terrestres ont été déterminés à partir des concentrations du nucléide cosmogénique ³⁶Cl dans la phase métallique de 51 météorites non appariées issues de la CSC et de 49 météorites provenant de la zone de Calama, par spectrométrie de masse par accélérateur. Les résultats montrent que la CSC constitue la collection de météorites la plus ancienne identifiée à ce jour. En combinant ces âges aux densités au sol, il a été possible d'estimer le flux de météorites au cours des deux derniers millions d'années.
Les données d'El Médano et de Catalina ont ensuite été combinées pour étudier l'évolution de la composition du flux, en particulier la diminution récente de la proportion de chondrites H. Cette tendance n'est pas reproduite par les modèles d'évolution du flux de météoroïdes provenant des principales régions sources de chondrites H.
Enfin, les âges d'exposition aux rayons cosmiques ont été mesurés sur un sous-ensemble de météorites de l'Atacama, par mesure du gaz rare néon. La combinaison des âges terrestres et des âges d'exposition permet d'estimer les âges d'éjection de ces objets depuis leurs astéroïdes parents, apportant ainsi de nouvelles contraintes sur les processus dynamiques et collisionnels susceptibles d'avoir modifié la nature du flux de météorites sur Terre au cours des deux derniers millions d'années.
Thesis resume
The Earth is continuously bombarded by extraterrestrial objects of various sizes and origins. Among them, meteorites, centimeter- to meter-sized fragments that survive atmospheric entry, provide invaluable insights into the composition and evolution of the Solar System. Hot deserts are particularly favorable for meteorite recovery due to their arid climates and stable geomorphological conditions. The Atacama Desert, renowned for its extreme aridity and long-term surface stability, hosts some of the densest and oldest meteorite collections in the world. These unique collections enable the study of the meteorite flux over longer timescales than in any other hot desert. Previous studies, notably on the El Médano collection, have highlighted the potential of this region for studying the past meteorite flux and suggested temporal variations in meteorite composition, including an increase in H chondrite abundance relative to L chondrites between 0.5 and 1 million years ago.
The main goal of this thesis is to investigate the intensity and composition of the meteorite flux to Earth over the last two million years using distinct Atacama Desert collections. The study focuses on two independent areas: the Catalina Dense Collection Area (DCA) and the Calama, Chug Chug, and Sierra Gorda DCAs—collectively referred to as the “Calama area”, located approximately 60 km and 270 km from El Médano, respectively.
In the Catalina DCA, systematic on-foot search campaigns covering 6.80 km² yielded 1599 meteorites, forming the “Catalina Systematic Collection” (CSC). This represents the highest meteorite density recorded in any hot desert, even surpassing that of the neighboring El Médano DCA, and confirms that the Central Depression of the Atacama Desert hosts the densest meteorite collections among arid regions.
To assess the spatial extent of the old terrestrial ages of the Atacama meteorites, terrestrial ages were measured for a random subset of 51 unpaired meteorites from the CSC and 49 unpaired meteorites from the Calama area based on the concentration of the cosmogenic nuclide ³⁶Cl in the metallic phase using Accelerator Mass Spectrometry. Results reveal that the CSC is the oldest known meteorite collection to date, exceeding the average terrestrial age previously determined for the El Médano collection. By combining terrestrial ages with recovery densities, we reconstructed the meteorite flux over the past two million years.
We then combined the terrestrial age datasets from El Médano and Catalina to investigate long-term changes in the composition of the meteorite flux. Notably, we notice a decline in H chondrite abundance over time and discuss this trend in the context of dynamical models of meteoroid delivery from the main H chondrite source regions.
Finally, we determined cosmic-ray exposure (CRE) ages for a subset of Atacama H chondrites using noble gas neon measurements. By combining CRE and terrestrial ages, we constrain the ejection ages of meteorites from their parent bodies. This approach provides new constraints on the dynamical and collisional processes that may have shaped the temporal variations in H and L chondrite abundances over the last two million years.