L'extinction Crétacé-Paléogène (K-Pg), survenue il y a environ 66 millions d'années, fut l'une des cinq plus grandes crises biologiques de l'histoire terrestre, entraînant la disparition de 75 à 80 % des espèces, dont les dinosaures non aviens. Cet événement marque la transition entre l'ère Mésozoïque et l'ère Cénozoïque. Une fine couche d'argile riche en iridium, un élément rare sur Terre mais abondant dans les météorites, retrouvée mondialement à la limite K-Pg, a été la première preuve majeure suggérant une cause extraterrestre.

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La théorie dominante attribue l'extinction à l'impact d'un astéroïde d'environ 10 à 15 km de diamètre, qui a frappé la péninsule du Yucatán au Mexique, créant le cratère de Chicxulub. Ce cratère, d'un diamètre estimé entre 150 et 180 km (voire plus), est aujourd'hui enfoui. Sa datation coïncide précisément avec la limite K-Pg. Les preuves de cet impact sont multiples et convergentes : l'anomalie mondiale en iridium et autres éléments rares typiques des météorites (chondrites carbonées) ; la présence de minéraux choqués (quartz, feldspaths) ; des sphérules de verre (tectites) issues de roche fondue éjectée ; des dépôts d'éjectas et de brèches d'impact ; la structure géophysique du cratère ; et des dépôts de méga-tsunamis retrouvés sur de vastes distances.

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Bien que l'impact soit considéré comme le déclencheur principal, un autre événement majeur coïncide temporellement : le volcanisme massif des Trapps du Deccan en Inde. Ces éruptions colossales ont libéré d'énormes quantités de gaz (CO2, SO2) sur une période encadrant la limite K-Pg, provoquant potentiellement des changements climatiques (réchauffement à long terme, refroidissement à court terme, pluies acides). Le rôle exact du Deccan fait débat : cause principale pour certains, facteur contributif aggravant pour la majorité, ou même déclenché/intensifié par l'impact de Chicxulub selon une hypothèse intrigante. D'autres facteurs comme un refroidissement climatique antérieur ou des variations du niveau marin ont pu fragiliser les écosystèmes. La crise K-Pg apparaît ainsi comme une "tempête parfaite" résultant de l'interaction probable de ces catastrophes.

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Les conséquences environnementales de l'impact (et potentiellement du volcanisme) furent cataclysmiques. Immédiatement, une intense impulsion thermique a pu déclencher des incendies mondiaux, attestés par la présence de suie dans la couche K-Pg. Un méga-tsunami a ravagé les côtes. À plus court terme (mois à décennies), l'injection massive de poussières, de suie et surtout d'aérosols sulfatés (issus des roches du Yucatán) dans la stratosphère a provoqué un "hiver d'impact" : obscurité quasi-totale bloquant la photosynthèse pendant des mois à près de deux ans, et chute drastique des températures mondiales (jusqu'à -26°C) persistant plusieurs années, voire plus d'une décennie. Des pluies acides intenses et une acidification rapide des océans ont également eu lieu, affectant gravement les organismes calcifiants. À long terme, l'effondrement des chaînes alimentaires, basé sur l'arrêt de la photosynthèse, fut la conséquence biologique majeure, et le cycle du carbone fut profondément perturbé pendant des centaines de milliers d'années.

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L'impact sur la vie fut profond et sélectif. Les dinosaures non aviens, les ptérosaures, les grands reptiles marins (plésiosaures, mosasaures), les ammonites, les rudistes et une grande partie du plancton calcaire ont disparu. Les oiseaux modernes (Neornithes) ont survécu, contrairement aux oiseaux archaïques. Leur survie pourrait être liée à leur petite taille, leur bec édenté adapté à un régime granivore (les graines résistant mieux à l'hiver d'impact), leur métabolisme élevé et leur capacité à s'abriter. Les mammifères, petits et souvent omnivores ou détritivores à l'époque, ont également bien survécu, tout comme les crocodiliens, tortues, lézards, serpents, amphibiens et poissons d'eau douce, probablement grâce à leur capacité à trouver refuge (terriers, eau douce), leur régime alimentaire flexible ou basé sur les détritus, et/ou leur métabolisme lent (ectothermes). Les plantes terrestres ont subi de lourdes pertes, mais ont survécu grâce aux graines et organes souterrains, avec une recolonisation initiale par les fougères ("pic de fougères").

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La catastrophe K-Pg a agi comme un filtre écologique, favorisant les organismes petits, écologiquement flexibles, capables de s'abriter ou de subsister grâce aux détritus. La récupération post-extinction fut lente et hétérogène, prenant des centaines de milliers, voire des millions d'années pour que les écosystèmes et la biodiversité se rétablissent pleinement. Cependant, l'extinction a libéré de nombreuses niches écologiques, déclenchant une radiation adaptative explosive chez les survivants, notamment les mammifères et les oiseaux modernes, qui ont rapidement diversifié leurs formes, tailles et modes de vie, inaugurant l'"Âge des Mammifères" et façonnant les écosystèmes cénozoïques.

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Le consensus scientifique actuel reconnaît l'impact de Chicxulub comme la cause principale de l'extinction K-Pg, avec une contribution significative probable du volcanisme du Deccan. Les recherches se poursuivent pour affiner la chronologie exacte, l'interaction entre impact et volcanisme, l'importance relative des différents mécanismes de mortalité, et les détails de la survie et de la récupération.