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Les traces d’écoulement d’eau liquide apparaissent partout en surface de Mars, surtout dans la zone intertropicale. Une nouvelle étude parue dans Science-advances (AAAS) en date du 29 mars jette le trouble sur une partie de son histoire. Elle a été dirigée par Edwin S. Kite de l’Université de Chicago.
On estime qu’après une période très ancienne correspondant à une partie de nos éons Hadéen et Archéen (ère de l’Eoarchéen) où l’eau liquide a coulé en surface, la planète s’est irrémédiablement asséchée à la suite de la perte de son atmosphère épaisse. Cette période humide est divisée en deux éons martiens, le Phyllosien et le Théiikien (classification stratigraphique proposée par l’astrophysicien Jean-Pierre Bibring de l’Institut d’Astrophysique Spatiale, Saclay, France) correspondant chronologiquement plus ou moins aux éons morphologiques Noachien et Hespérien – du moins à la partie la plus ancienne de ce dernier). Le Phyllosien (éon des argiles), jusqu’à -4 milliards d’années («- 4 Ga »), correspond à une planète encore chaude en surface et enveloppée d’une atmosphère épaisse résultant de l’accrétion primordiale et du dégazage interne en résultant ; cette atmosphère est probablement protégée par un bouclier électromagnétique généré par un effet dynamo interne (comme sur Terre encore aujourd’hui), à l’interface du noyau de la planète avec son manteau. Cet éon prend fin avec le « « Grand Bombardement Tardif » (LHB) aux alentours de -4 Ga. Le Théiikien (éon du soufre) succédant à cet événement et se prolongeant jusqu’à environ -3,6 Ga correspond à une période de très fort volcanisme permettant malgré l’arrêt de l’effet dynamo planétaire, de conserver une bonne pression atmosphérique, beaucoup de gaz à effet de serre (notamment soufre, d’où son nom) et une bonne couverture nuageuse.
Après cela, pendant l’éon suivant, le Sidérikien (éon du fer) qui se prolonge jusqu’à aujourd’hui, l’eau liquide n’a fait que des apparitions de moins en moins fréquentes sous forme d’écoulements à l’occasion des grandes éruptions volcaniques ponctuant l’histoire géologique de la planète. Et ces écoulements devaient, selon la théorie en vigueur, avoir été peu abondants (sans doute compte tenu du fait qu’ils étaient rares et que le fond du climat évoluait vers toujours plus d’aridité). Le fait nouveau résultant de l’étude publiée dans Science-advances, n’est pas la contestation du changement climatique entre le Theiikien et le Sidérikien mais plutôt l’abondance d’eau liquide s’écoulant au cours des épisodes humides pendant ce dernier éon, surtout entre -3,6 Ga et -2 Ga mais même vraisemblablement jusqu’après -1 Ga.
L’étude qui a conduit à cette constatation, dérangeante, a consisté à évaluer les flux d’eau courante (volume, force et durée) en prenant en compte (a) la largeur de lits asséchés (plus de 200) partout à la surface de la planète et datant de cette période (-3,6 Ga à -2 Ga), et des chenaux qui les parcourent, (b) les longueurs d’onde des sinuosités des chenaux (méandres) en fonction des dénivelés, ainsi que (c) la masse des sédiments charriés et observés dans les deltas de décharge. Elle a été rendue possible par la précision et l’abondances des photos prises par les caméras HiRISE (High Resolution Science Experiment) et CTX (Context Camera) à bord de l’orbiteur MRO (50 cm à l’horizontal par pixel et moins de 1 mètre à la vertical, permettant de déceler des variations de pente de 2°). Elle a été menée en intégrant toutes sortes de correctifs pour prendre en compte l’érosion.
Il en ressort (1) que les fleuves martiens de cette époque tardive étaient très généralement plus larges que les fleuves terrestres pour un même bassin versant ce qui suggère des précipitations intenses ; (2) que les fleuves de l’éon Sidérikien étaient plus bas en altitude et plus bas en latitude ce qui suggère effectivement une baisse de la pression atmosphérique à moins de 300 mbar ; (3) que le volume des sédiments charriés est caractéristique de violents épisodes (abondance des flux) intercalés avec de longues périodes d’aridité.
Reste à expliquer ces particularités. On en est pour le moment à des hypothèses. Ce pourrait être une combinaison de plusieurs phénomènes amplificateurs tendant à accroître temporairement un effet de serre déclenché par un événement tel qu’une éruption volcanique ou la chute d’un gros météorite : la fonte des glaces de gaz carbonique au pôle Sud, la fonte des clathrates porteuses de méthane dans le sol ou l’augmentation exponentielle de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, formant des nuages de glace d’eau, ces phénomènes interagissant les uns avec les autres et s’auto-alimentant. Les modélisateurs de climat ont un défi à relever et ils pourraient en tirer des leçons pour notre propre planète (effets d’« emballement »). Ce qui est rassurant dans un certain sens (pour nous), c’est que sur le temps long (dizaines de milliers d’années ?) les fondamentaux planétaires reprennent leur droit. Les caractéristiques structurelles de Mars et sa position par rapport au Soleil (irradiance !) ne lui ont en effet pas permis de recouvrer de façon pérenne un climat tempéré.
Sur le plan de la recherche de la vie, cela donne aussi un nouvel éclairage. Des périodes humides plus importantes au moins en ce qui concerne les quantités d’eau ayant coulé au sol, peuvent avoir permis de prolonger la possibilité pour la vie de continuer à évoluer après qu’elle ait apparu (dans l’hypothèse bien entendu où cela se serait produit). En effet les bactéries se protègent de l’adversité (situations empêchant leur reproduction) en évoluant en spores, ce qui leur permet de conserver leur potentiel reproductif pendant de très longue période d’inactivité (parce que les conditions environnementales ne le permettent pas sur une durée plus ou moins longue). Pour certaines bactéries ces périodes peuvent être de l’ordre de plusieurs millions d’années. Les intermittences très humides de l’histoire de Mars prolongées très tardivement (jusqu’à moins de 1 Ga) auraient pu permettre à la vie non seulement de se réactiver pendant ces périodes mais aussi de continuer à évoluer en reprenant même pour peu de temps son activité, et donc de s’adapter à des conditions de plus en plus dures, en surface peut-être mais surtout dans le sous-sol, dans des nappes phréatiques puis simplement dans des endroits plus humides que d’autres.
Nous verrons ce qu’il en est si nous continuons nos recherches sur Mars avec des moyens adéquats…y compris des hommes disposant d’équipements sophistiqués (radars, sondes, analyses chimiques utilisant de multiples réactifs, forage précis, préparation de coupes ultra-fines avec exhausteurs de composants, instruments de manipulation délicats et ultra-propres, microscopes ultra-puissants). Dans l’immédiat le rover Mars2020 de la NASA qui va se poser à proximité immédiate du cratère Jezero et qui va donc disposer d’un champ d’études pertinent pour évaluer plus précisément les corrélations entre les données prises en compte dans l’étude morphologique de Kite et al., permettra surement de l’affiner.
Image à la Une : Extrait de la Carte MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter) montrant les élévations dans le cratère Jezero. On voit bien le Delta alluvionnaire et le lit du fleuve qui l’a produit. Crédit NASA, cartographie exécutée d’après les données recueillies par l’orbiteur Mars Global Surveyor entre 1997 et 2006.
Image ci-dessous: détails du delta alluvionnaire du cratère Jezero (relief inversé par l’érosion).
Références:
(1) Persistence of intense, climate-driven runoff late in Mars history in ScienceAdvances (AAAS) DOI: 10.1126/sciadv.aav7710 par Edwin S. Kite1 *, David P. Mayer1, Sharon A. Wilson2 , Joel M. Davis3 , Antoine S. Lucas4 , Gaia Stucky de Quay5.
1University of Chicago; 2Center for Earth and Planetary Studies, Smithsonian Institution, Washington DC; 3Natural History Museum, Londres; 4Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Paris; 5Imperial College, Londres.
(2) National Geographic: Rivers may have flowed for longer than anyone realized (by Maya Wei-Haas) 27 Mars 2019
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