Origine et formation du verre Lybique
Impact météoritique
impactite ou tectique
à la suite de l'impact d'une grosse météorite nous aurons :
Les impactites qui sont les roches terrestres modifiées par compression, échauffement et agglomération des retombés de poussières et de fragments
et
Les tectites qui sont les roches "créées" par vitrification (fonte complète) qui sont projetées loin du lieu d'impact (comme des "éclaboussures") en prenant toute une variété de forme lorsqu'elles refroidissent et retombent sur terre. On les retrouve en forme de boules, disques ou bâtonnets.
recherché par T MONOD et Ed DIEMER
ainsi que l'oasis mythique de ZERZURA dans le desert egyptirn
HISTORIQUE - DESCRIPTION - ORIGINE
Introduction
Situé essentiellement en Egypte, le " Désert Libyque ", peu connu des Français qui s'intéressent surtout à la civilisation de la vallée du Nil, est un espace plein de mystères qui préoccupe encore maintenant par ses énigmes - disparition de l'armée de Cambyse, histoire de l'oasis mythique de Zerzura - les esprits aventureux. Mais les scientifiques ont eux aussi de quoi aiguiser leur curiosité. En effet, depuis bientôt 150 ans on y connaît un verre d'origine mystérieuse. La première mention de ce " Verre libyque " se trouve dans le " Mémoire de Fulgence Fresnel sur la Wadaÿ ". Consul de France à Djeddah, il rapporte, en 1850 qu'un certain Hadjj Hussein, parti à la découverte d'une possible piste entre Kufra et Dakhla, avait trouvé des fragments de verre entre ces deux localités. Ce bédouin voyait là la preuve d'une activité humaine. Tombé dans l'oubli, ce n'est que fin 1932 que Patrick. A. Clayton, travaillant pour le compte du Service Topographique égyptien redécouvrit le site ; il publia les premières informations en 1933.
Depuis cette date, plus de 170 publications mentionnent ce verre et 90% d'entre-elles sont des études scientifiques concernant ce verre et le comparent à d'autres verres naturels. Le professeur Théodore Monod du Muséum national d'Histoire naturelle est le premier scientifique français qui s'intéressa à ce problème. Il visita plusieurs fois le site et nous l'avons nous-mêmes accompagné quatre fois. Nous avons incité des chercheurs français à travailler sur ce problème et plusieurs publications ont été faites ou sont en cours
Généralités concernant le verre libyque
Site
Ce verre, se trouve dans la "Grande Mer de Sable" du Désert Libyque, réparti dans un ovale d'environ 130 km d'extension nord-sud (latitudes N 25°02' - N 26°13') et 50 km d'ouest en est (longitudes E 25°24'- E 25°55') et non loin de l'endroit où les cordons de dunes - d'orientation sensiblement NNO-SSE - viennent mourir sur le reg, en bordure du plateau gréseux du Gilf Kébir. Le premier repérage de ce gisement est du à P.A. Clayton qui le redécouvrit en 1932. Il y effectua d'autres voyages et la carte qu'il a dressé a été publié par Spencer en 1939 Les morceaux de verre se trouvent disséminés à la surface du sol des couloirs inter-dunaires de 3 à 5 km de large, séparant des cordons de dunes linéaires
Le Désert Libyque
les egyptiens connaissent le verre lybique
un pectoral orné par magnifique scarabée
Dimension et forme des échantillons
La dimension des morceaux de verre est très variable. Lorsqu'ils sont petits (2-3 cm), ils se trouvent au milieu des morceaux de quartzite qui jonchent le sol de ces couloirs inter-dunaires, parfaitement plats . Plus gros, 6-10 cm, ils sont plus ou moins enterrés, la partie émergente étant brillante car polie par le vent et douce au toucher ; la partie enterrée est dépolie, granuleuse, cette texture résultant sans doute de l'attaque des eaux sous-saturées ayant pu imprégner le sable pendant quelques millions d'années. Il est à noter que les petits morceaux, trouvés en surface, montrent, par leurs formes arrondies, l'effet du transport par les eaux, alors que les morceaux enterrés sont en général beaucoup plus anguleux. Les morceaux les plus gros qui ont été trouvés étaient entièrement enterrés. Un morceaux de 26 kg, le plus gros jamais trouvé a été remis au Muséum National d'Histoire naturelle. Mais il s'est cassé en deux.
Couleur et aspect
De couleur jaune à vert clair, plus ou moins transparent, les bulles que contiennent certains échantillons leur confèrent souvent une couleur blanche, et lorsqu'elles sont nombreuses, les morceaux de verre peuvent devenir opaques. Parmi les inclusions les plus typiques et aussi les plus visibles, il y a des sphérules blanches qui s'avèrent être de la cristobalite et des traînées brunes - les schlieren - dont nous parlerons plus longuement. Il est à signaler que les schlieren sont souvent stratifiées, montrant ainsi une structure fluidale : il en est de même des bulles, alignées par rapport à cette structure et souvent allongées dans le sens de ces stratifications. Ces alignements sont rectilignes et non incurvés comme cela est le cas pour les tectites.
L'âge du verre
L'âge de formation du verre a été déterminé par la méthode du potassium-argon et par la méthode des traces de fission. Cette dernière méthode donne des valeurs allant de 28,5 à 29,5, ± 0,4 millions d'années (Ma). La méthode K-Ar donne des valeurs plus élevées, 58,3 ± 16,4 millions d'années ; mais on pense que cet âge élevé ne reflète pas l'âge de la formation du verre mais est faussé par l'argon présent dans la roche qui a formé le verre.
Des tentatives ont été faites pour déterminer, à partir de l'action de spallation des rayons cosmiques, la durée d'exposition du verre et sa durée d'enfouissement . Malheureusement les valeurs sont très disparates d'un échantillon à l'autre. L'ordre de grandeur est de 0,2 à 3 millions d'années pour la durée d'exposition et de 0,3 à 4 millions d'années pour la durée d'enfouissement
Estimation de la masse de verre
En 1984, l'équipe Weeks-Underwood-Giegengack(*) a effectué des relevés statistiques sur le terrain ; la concentration, en surface et en fait jusqu'à 2 cm d'enfouissement, est de 0,4 g/m². Cette équipe estime que le verre se trouve sur une surface de 3500 km², soit beaucoup moins grande que les 6500 km² déduits des chiffres de Spencer. Pour une surface de 3500 km² on arrive à une masse de 1,4 x 109 g ce qui correspondrait, avec un verre de densité 2 à une sphère de matière en fusion de 6 m de rayon. Mais des morceaux de verre ont été signalés jusqu'à une profondeur de 2 m ce qui multiplierait cette valeur par 100 ; enfin, ces auteurs estiment qu'après 29 millions d'années, il ne resterait, du fait de l'érosion, plus que 1% de la masse initiale de verre. Il faudrait donc multiplier la masse actuelle par 100, soit au total, par 10000 : la matière initiale en fusion serait alors équivalente à une sphère de 120 m de rayon.
(*) C'est, de toute la bibliographie, la meilleure étude de synthèse
La figure qui rassemble les teneurs en silice et en alumine mentionnées par divers auteurs, montre qu'à part un échantillon d'urengoïte (verre découvert récemment en Sibérie) aucun autre verre naturel n'est aussi riche en silice. Cette très haute teneur en silice exclut en particulier la possibilité que ce verre soit d'origine volcanique.
Eléments trace
De nombreux auteurs se sont attelés à la recherche des éléments trace, en particulier Christian Koeberl, Robert Rocchia et Jean Alix Barrat :ils ont en particulier mis en évidence, dans les traînées brunes :
de fortes teneurs en iridium ( jusqu'à 4-6 ng/g)
des éléments sidérophiles et de la famille du platine
et ont constaté que tous ces éléments étaient présents dans des proportions chondritiques
Teneur en carbone organique
A ce jour, seul un professeur Allemand, Ulrich Jux, a recherché des composés organiques et a mis en évidence des hydrocarbures de 8 à 26 atomes de carbone dont près de un quart sont saturés et parmi lesquels on trouve du phytane et du pristane ; le rapport 13C/12C indiquerait une origine végétale de ce carbone. Jusqu'à présent les seules recherches de carbone ont porté sur la présence éventuelle de micro-diamants - assez classiques dans les tectites ou impactites, mais elle s'est révélée négative. Des travaux sont en cours pour la détection des hydrocarbures organiques.
Teneur en eau
Le verre libyque contient des quantités d'eau relativement élevées comme cela est d'ailleurs aussi le cas pour les moldavites. D'après nos études (Fröhlich) cette eau n'est pas dans le réseau cristallin mais doit être contenue dans les bulles.
2-)
Les inclusions
Les inclusions, de nature diverse, vont nous permettre de tirer des éléments intéressants quant à la formation de ce verre. On y trouve :
des bulles.
des sphérules de cristobalite visibles à l'oeil nu.
des minéraux décelables au microscope.
des inclusions - dans les verres foncés - et qui semblent être de nature organique.
des traînées colorées, brunes plus ou moins foncées (schlieren).
Les bulles, lorsqu'elles sont très nombreuses, sont responsables de l'opacité du verre ; lorsqu'elles sont peu nombreuses, on constate leur alignement et souvent leur allongement dans un sens préférentiel, signe d'une structure fluidale. Leurs dimensions, leur caractère branchu, qu'elles héritent sans doute de la distribution des pores du matériau de base, donnent à penser que le verre est resté très visqueux.
Les sphérules de cristobalite sont souvent alignées, indiquant ainsi une structure fluidale. Il est impossible de savoir s'il s'agit de cristobalite de type haute ou basse température. Mais elle témoigne de la dévitrification du verre ; de la grosseur de ces sphérules et de leur distribution au sein du verre on peut déduire que le verre s'est refroidi sous la forme d'une couche de faible épaisseur.
Parmi les minéraux on peut signaler :
des cristaux de tourmaline, de type elbaïte.
de la lechateliérite, qui témoigne d'un passage à haute température.
des zircons qui ont fait l'objet de 3 études. Elles ont montré d'une part une dégradation in situ de ces zircons en baddeleyite, ce qui implique une température supérieure à 1676°C et, d'autre part, que ces zircons avaient aussi été soumis à de fortes déformations mécaniques.
de l'enstatite (MgSiO3) ayant la structure cristallographique de l'ilménite : on sait que cette variété de haute pression ne peut s'obtenir que si la roche a été soumise à une pression de 20 Gpa.
Quant aux inclusions qui semblent être de nature organique, elles posent problème. Le seul chercheur à les mentionner est le Dr. Ulrich Jux : il note la présence de sporomorphes, grains de pollen, débris de chitine, de diatomées(?) ; il a mis ce type d'inclusions en évidence aussi bien dans des lames que dans des macérats. Nous avons nous-mêmes réalisé 7 lames minces dans des morceaux de verre choisis pour leur diversité ; deux lames ont montré des inclusions : l'une de ces lames provenait d'un verre transparent contenant des sphérules de cristobalite et montrait des inclusions qui pouvaient rappeler des corps organiques ; l'autre avait été taillée dans les traînées brunâtres d'un échantillon de verre . Dans la première lame, il semble qu'il s'agit de sphérules de cristobalite ; les figures de la deuxième lame pourraient être des craquelures générées par les contraintes existant dans le verre. Certains cloisonnements, visibles dans ces figures, pouvaient faire penser à un tissu cellulaire, mais cette possibilité doit être écartée du fait des dimensions.
Des macérats ont été réalisés par Mme H. Méon de l'Université de Lyon: elle avait trouvé quelques grains de pollen dans le résidu d'une première attaque à l'acide fluorhydrique d'une centaine de grammes de verre. Mais comme il pouvait s'agir de pollens actuels en suspension dans l'air qui aurait pu contaminer le matériel d'analyse, une seconde préparation, menée avec beaucoup plus de précautions et réalisée dans des conditions quasi chirurgicales, n'a fourni aucune trace de résidu végétal. Quant à mes lames, elles ont été examinées par Jean Dejax, paléo-palynologue au Muséum qui n'a pas pu confirmer qu'il s'agissait de vestiges organiques.
Comparaison du verre libyque avec d'autres verres naturels
Les figures 4 et 5 montrent déjà des comparaisons entre le verre libyque et quelques verres naturels en ce qui concerne les teneurs en silice, en alumine et en eau. Le tableau ci-dessous compare d'une façon plus détaillés le verre aux tectites de Muong Nong, aux urengoïtes et à la macusanite. Nous ne connaissons pas personnellement le site de Muong-Nong (Laos) mais d'après les rapports que nous avons étudiés, ces "tectites" se présentent en lits et l'on y trouverait des blocs comme cela est le cas pour le verre libyque ; c'est cette analogie qui a conduit des chercheurs à comparer ces deux verres.
Nous avons ajouté l'urengoïte, car les trois seuls morceaux trouvés à ce jour ont beaucoup de ressemblances avec le verre libyque. Enfin nous avons aussi inclus la macusanite - aussi appelée américanite - dont l'aspect est assez proche du verre libyque mais qui, du fait de son origine volcanique, ne peut dépasser 70 à 72 % de silice.
Caractéristiques Verre libyque Muong-Nong Urengoites Macusanite
Aspect clair ou transparentjaune à vert quelquefois blanc laiteux, du fait de nombreuses bulles inclusescailloux et blocs noir et opaque vert bouteille à vert palestructure fluidale, bulles inclusesseuls 4 morceaux ont été trouvés (1-15 et 3,5 cm) vert translucide (quelquefois inclusions de fluide)opaque, laiteux, rouge-brun (oxydes de fer) morceaux < 5-10 cm
Que peut-on conclure des résultats obtenus à ce jour ?
La quasi-totalité des scientifiques penche pour un verre résultant d'une fusion provoquée par l'impact d'un objet extra-terrestre. Mais, ainsi que nous l'avons déjà mentionné, une origine diagénétique a été proposée par le Dr. Jux, à la suite de la découverte, dans le verre, de restes organiques qui n'auraient pu résister à une haute température. Plus récemment, une origine hydrothermale a également été avancée. Toutefois, les arguments en faveur d'une origine par fusion sont nettement plus nombreux.
Si ce verre résulte de la fusion d'une roche terrestre sous le choc d'un bolide extra-terrestre on doit trouver des signatures attestant
Le passage à haute température.
La contamination par l'objet impactant.
La trace des chocs.
Des traces du cratère.
L'existence de la roche mère.
Le caractère - haute température - peut se déduire des résultats suivants
L'histoire thermique montre des températures fictives élevées, de 1000 à 1200 °C.
Le verre libyque irradié aux rayons X se comporte, au point de vue de la luminescence, comme du verre obtenu par fusion du quartz
L'altération des zircons et leur décomposition partielle, in situ, en baddeleyite, impose une température supérieure à 1676 °C (Rappelons que la fusion du quartz requiert, à la pression atmosphérique, une température de 2050 °C).
Les énergies de liaison Si-O-Si correspondent à une structure voisine du quartz ou d'un verre obtenu par fusion : un verre résultant d'une gélification révèle toujours un déficit d'énergie car une des 4 liaisons n'est pas occupée par un ion silice mais par un ion OH
Le caractère - contamination par un bolide extra-terrestre - est attesté par :
La teneur en iridium de certains échantillons particulièrement foncés (4 à 6 ng/g.
La présence d'éléments sidérophiles trouvés dans des échantillons riches en iridium et dont les rapports sont chondritiques.
La trace des chocs
Les chocs peuvent générer des minéraux caractéristiques des hautes pressions tels que la coésite, forme cristallographique de la silice formée à haute pression ; ils sont quelquefois difficiles à mettre en évidence et de toute façon ne sont pas toujours présents : en effet certaines signatures peuvent disparaître avec le temps ; par ailleurs lorsque l'impact se fait sur un matériau poreux, ce qui est le cas avec du grès ou du sable, l'énergie mécanique se transforme en haute température plutôt qu'en onde de choc. Il est enfin possible que si le verre résulte de l'impact non pas d'une météorite de dureté et densité importante mais d'un noyau cométaire, dont la densité est voisine de 1, ou de son explosion à la surface du sol, que des minéraux de haute pression ne se soient pas formés. Enfin certaines impactites parfaitement authentifiées comme telles ne contiennent pas de minéraux de haute pression. En ce qui concerne le verre libyque, ce n'est que très récemment que l'on a découvert la stishovite, une des variétés haute pression du quartz.
Les traces du cratère
Deux cratères situés en Libye, à environ 150 km à l'ouest de la zone à verre libyque ont été identifiés. Affectant les grès de Nubie, d'âge Crétacé supérieur, ils pourraient donc être plus récents et ne seraient pas incompatibles avec l'âge oligocène du verre libyque. Mais leur datation, à partir du verre, très rare, n'a pas pu être faite (échantillons perdus en Libye, communication personnelle d'Underwood) et pour le moment aucune relation n'a pu être établie entre ces cratères et le verre libyque.
L'existence de la roche mère
La couche géologique, omniprésente est le grès de Nubie et pour un certain nombre d'auteurs, ce grès pourrait être la roche mère ; en effet des lits de ce grès sont très riches en silice (99,60%) et ses teneurs en germanium et en gallium correspondent à celles du verre. Mais les simulations faites conduisent à éliminer cette couche comme ayant pu être la roche mère, car le verre contient 50 fois plus d'aluminium que ces grès, Fudali pense à la fusion d'un précurseur qui devait recouvrir le grès de Nubie; il a disparu au cours des 28 millions d'années : il envisage un sable dont les grains auraient été recouverts de kaolinite et d'anatase.
L'absence de ces deux derniers critères - roche mère et minéraux de haute pression - peut en fait s'expliquer par le fait que probablement 300 à 400 m de sédiments recouvraient les grès de Nubie au moment où le verre libyque s'est formé. L'érosion a donc pu faire disparaître la roche mère et les traces du cratère.
Caractéristiques du projectile et diamètre du cratère. Quel scénario peut-on proposer ?
Après analyse de tous les documents dont nous avons eu connaissance nous pensons que l'hypothèse déjà évoquée par Urey puis reprise et étudiée par Seebaugh et al. d'une origine cométaire, pourrait être retenue.
En admettant, avec Weeks-Underwood-Giegengack, que la quantité initiale de verre fondu était de 1,4.1013 g, on peut calculer le diamètre du cratère en se basant sur les simulations faites par Seebaugh et al. et en tenant compte du fait que le verre fondu a dû refroidir dans un cratère à fond plat et à piton central, sous forme d'une couche de 1 m d'épaisseur. Cette valeur est déduite de la grosseur et de la répartition des sphérules de cristobalite. Une épaisseur plus grande aurait conduit à la dévitrification complète du verre. Partant de ces données, on peut alors remonter au diamètre du projectile. Pour ce dernier critère nous avons appliqué diverses équations et, en ne retenant ici qu'une des options parmi plusieurs on peut proposer le scénario suivant :
Un noyau cométaire percute un grès avec une vitesse de 30 à 50 km/s.
Le cratère a un diamètre de 3 km; son fond est plat et il possède un piton central.
Il se forme un "lac" de matière fondue dont l'épaisseur est de l'ordre du mètre.
La température a dû dépasser 2000 °C (fusion du quartz, formation de baddeleyite).
Les brèches, qui ont dû retomber sur la masse en fusion, ont retardé le refroidissement de cette masse de verre.
L'érosion par l'eau a progressivement décapé les 300 ou 400 m de sédiments qui recouvraient les grès de Nubie et a également disloqué la masse de verre
Le transport fluvial a dispersé les morceaux de verre et les a amenés sur le sol actuel formé de grès et de quartzites de Nubie.
Ce processus a dû se produire il y a quelques millions d'années, d'après l'étude des phénomènes de spallation(*) provoqués par les rayons cosmiques.
(*)On appelle spallation les réactions de désintégration que subissent les noyaux lorsqu'ils sont soumis à des rayonnements tels que les rayons cosmiques
Si ce scénario paraît cohérent, n'oublions pas que les caractéristiques du cratère et du projectile reposent sur la quantité de verre formé au moment de l'impact : nous avons pris les chiffres estimés par Weeks et al., mais leur estimation est difficile à justifier.
Enfin, il ne rend pas compte d'un certain nombre de faits : ainsi devrait-on, par exemple, trouver des morceaux formés de verre et de brèches marquant la transition entre la masse de verre fondu et les parois du cratère. Nous n'avons jamais rien trouvé de ce genre et aucun des chercheurs qui a exploré les lieux n'en signale. Quant au problème du transport, si beaucoup de petits morceaux de verre que l'on trouve en surface montrent un façonnage par l'eau, les plus gros morceaux, souvent enfouis dans le sol, ne semblent pas avoir été transportés très loin de l'épicentre
Conclusions
La quasi-totalité des travaux réalisés sur ce verre conduisent à penser que le verre libyque est le résultat de la fusion d'une couche terrestre provoquée par l'impact d'un objet extra-terrestre : la structure et l'analyse des morceaux de verre permettent de conclure que nous sommes en présence d'une impactite et non d'une tectite. Si cette hypothèse est tout à fait plausible, ce n'est sans doute pas la seule. Et, comme nous venons de le mentionner ci-dessus, il reste encore bien des mystères à élucider. Ce qui ajoute encore au mystère, c'est ce que Weeks, Underwood et Giegengack, évoquent par la phrase suivante :
" The Desert libyan Glass is a unique material that owes ist origin to a unique process, an event thus far undescribed from any part of the geologic record "
remerciements Edmond DIEMER
géophysicien, compagnon des dernières missions de Théodore MONOD
http://www.geopolis.fr/joomla/index.php/articles-et-dossiers-publies/71-le-verre-libyque-une-impactite-point-de-nos-connaissances-en-mars-1998.html
Nous remercions Alain et Louis CARION pour l'aimable autorisation d'utiliser les photos provenant de leur site Internet : Carion Minéraux
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Sujet: Le Verre Lybique 
Mer 16 Fév 2011 - 14:11
