J’adore lire les vieux papiers. Il y a quelques jours, je faisais quelques recherches occasionnelles sur la géomorphologie des grands fonds marins au large de la côte est des États-Unis et je suis tombé sur l’article publié en 1936 dans l’American Journal of Science par le géologue et professeur de Harvard Reginald Daly* sur l’origine des canyons sous-marins. Avant les années 1920, les océanographes et les géologues marins cartographiaient la profondeur du plancher océanique en laissant tomber une ligne lestée dans l’eau et en mesurant la longueur de cette ligne lorsqu’elle touchait le fond. Des cartes de la topographie des fonds marins, appelées cartes bathymétriques, étaient réalisées à partir de ces données. Mais tout cela a changé dans les années 1920 avec le développement d’une nouvelle technologie pour les sciences marines exploratoires :
Les échosondeurs ont été introduits pour les relevés en eaux profondes à partir des années 1920. Les technologies sonar___ _(SOund NAvigation and Ranging) ont révolutionné l’océanographie de la même manière que la photographie aérienne a révolutionné la cartographie topographique.^
Grâce à ce nouvel outil, de nouvelles données caractérisant la forme et l’échelle du paysage sous la mer ont été publiées à un rythme rapide. Les canyons sous-marins ont été identifiés par les cartographes d’avant le SONAR, mais ce n’est qu’avec cette avancée technologique que nous avons réalisé à quel point ils sont une caractéristique commune. Nous savons maintenant qu’il y a des centaines (peut-être des milliers selon votre définition) de canyons sous-marins qui s’incrustent dans les plateaux et les pentes continentales sur toute la Terre. Le canyon sous-marin de Monterey au large de la Californie centrale, par exemple, est aussi profond et large que le Grand Canyon.
L’article de Daly de 1936 est un bijou à lire en raison de son objectif simple et concis : résumer les connaissances actuelles sur la base de ces nouvelles données, puis discuter de la façon dont ces caractéristiques sous-marines sont apparues dans ce contexte. Daly résume certaines des observations clés de ces nouvelles données — je vais paraphraser ici :
- Certains canyons sous-marins semblent être des extensions au large de grands fleuves, mais il y en a beaucoup qui ne correspondent pas à des fleuves.
- Certaines parties des plateaux continentaux, en particulier près de la côte, présentent des caractéristiques d’érosion qui sont clairement des rivières pléistocènes maintenant noyées (lorsque le niveau de la mer était ~100 m plus bas qu’aujourd’hui).
- De nombreux canyons ont été tracés jusqu’à près de 3000 mètres sous le niveau de la mer.
- Les canyons sont relativement rectilignes avec un axe orienté vers le bas de la pente continentale.
- Certains canyons se ramifient à leurs extrémités supérieures, ressemblant aux modèles dendritiques des bassins de drainage des rivières terrestres.
- Certains canyons s’élargissent et s’évasent à leurs extrémités extérieures, vers l’océan profond.
- Les sols des canyons examinés jusqu’à présent sont couverts de boue.
Dans les années les années 1930, l’idée que le niveau des mers était beaucoup plus bas (~120 m ou près de 400 ft plus bas qu’aujourd’hui) pendant le dernier maximum glaciaire, il y a environ 15,000-20 000 ans, était bien établie. Daly examine les processus qui ont créé les vallées submergées sur les parties littorales des plateaux continentaux dans le contexte des fluctuations glaciaires-interglaciaires du niveau de la mer. Lorsque le niveau de la mer était plus bas et que les plateaux continentaux étaient exposés, les rivières s’étendaient jusqu’au littoral inférieur correspondant. Par exemple, la vallée du plateau continental de l’Hudson est le vestige du fleuve Hudson du Pléistocène qui se déversait dans l’océan Atlantique lorsque la ligne de rivage se trouvait à plus de 100 km au large de l’emplacement actuel (le bord vers le large du polygone jaune sur la carte de gauche).
Mais qu’en est-il de ces canyons sous-marins nouvellement cartographiés ? Comment se sont formées ces caractéristiques linéaires d’érosion qui s’étendent hors du plateau continental dans des eaux beaucoup plus profondes (jusqu’à 3 000 m ou 9 500 pieds) ? Le niveau de la mer n’a sûrement pas baissé à ce point, ce qui a permis aux rivières de s’étendre dans les bassins océaniques drainés. Daly discute d’une idée proposée par d’autres, selon laquelle le niveau de la mer a peut-être été abaissé dans un sens relatif à la suite d’un soulèvement tectonique :
La conception dominante de l’origine des fosses exige que vers la fin du développement des plateaux des trois océans aient été soulevés de près de 3000 mètres, puis pendant une période géologiquement brève maintenus stables, et enfin forcés de s’enfoncer de près de 3000 mètres, de manière à rétablir avec une extrême minutie la relation hypsométrique décrite. L’improbabilité d’une telle oscillation, affectant cinq continents et les fonds marins correspondants, est tout de suite manifeste.
En d’autres termes, il y a eu un soulèvement global de près de 10 000 pieds suivi d’un affaissement global de la même ampleur pour produire un changement aussi important du niveau de la mer. Vous entendez presque Daly s’exclamer « C’est absurde ! » dans sa déclaration ci-dessus. Une telle ampleur et un tel changement global auraient laissé d’autres traces sur toute la planète. Alors, comment ces canyons et canaux profonds se sont-ils formés ?
Daly utilise le reste de l’article pour proposer une hypothèse selon laquelle les courants riches en sédiments étaient suffisamment denses pour s’écouler le long des pentes sous-marines sous l’effet de la gravité :
Tant que les sédiments étaient » en suspension « … cette eau était effectivement plus dense que l’eau propre plus loin en mer ou que l’eau sous la zone de brassage rapide. L’eau lestée a dû avoir tendance à plonger sous l’eau propre, à glisser le long du fond légèrement incliné du plateau et à s’écouler encore plus rapidement le long de la pente continentale plus raide. … Ces courants de fond étaient-ils suffisamment puissants pour avoir creusé les tranchées sous-marines dont il est question aujourd’hui ?
Parfaitement. Et, oui, ces courants de densité chargés de sédiments — appelés courants de turbidité — et les flux similaires sont suffisamment vigoureux pour contribuer à l’érosion des canyons sous-marins. Des décennies de recherche depuis l’article de Daly ont montré que les dépôts des courants de turbidité, appelés turbidites, s’accumulent à l’embouchure et à l’intérieur de ces canyons sous-marins. Cette relation est connue grâce aux systèmes d’arpentage encore actifs aujourd’hui (ou très récents d’un point de vue géologique) et à l’étude d’exemples anciens qui ont été enfouis, lithifiés et qui affleurent maintenant à la surface de la Terre.
L’hypothèse de Daly a fait exactement ce que les hypothèses sont censées faire — elle a conduit à d’autres recherches, comme indiqué dans l’ouverture du célèbre article de Heezen et Ewing (1952) sur le tremblement de terre et le courant de turbidité des Grands Bancs :
Stimulés par l’hypothèse de Daly (1936) selon laquelle les courants de densité (turbidité) ont creusé les canyons sous-marins qui dissèquent les marges continentales, Stetson et Smith (1937), Kuenen (1937, 1947, 1948, 1950) et Bell (1942) ont mené des expériences en bassin à partir desquelles ils ont conclu que les courants de turbidité sont non seulement possibles dans la mer moderne, mais qu’ils sont d’importants agents de transport.
Science!
Sait-on tout ce qu’il y a à savoir sur la formation des canyons sous-marins ? Certainement pas. Il y a encore tellement de choses à apprendre sur ces systèmes. La compréhension des courants de turbidité et des paysages immergés qu’ils forment est difficile à étudier car ces processus (1) se produisent dans les profondeurs de la mer où il est des ordres de grandeur plus difficile/coûteux de faire des mesures directes et (2) se produisent peu fréquemment par rapport aux échelles de temps humaines, avec des intervalles de récurrence de centaines à des milliers d’années. Les expériences numériques et physiques (canaux) s’améliorent régulièrement, mais il reste encore du chemin à parcourir. Il est important de comprendre ces systèmes car il s’agit des plus grandes accumulations de détritus sur Terre ; ils constituent une archive de la formation des montagnes, du changement climatique et, à des échelles de temps plus récentes, de l’influence anthropique sur le transfert de matières de la terre vers la mer.
J’aime lire ces vieux articles car ils montrent que nous avons fait des progrès. Cela vaut la peine, de temps en temps, de prendre un grand recul et de relire les articles révolutionnaires dans votre domaine.
Reginald Aldworth Daly (1936). Origine des canyons sous-marins American Journal of Science
*Images : (1) capture d’écran du titre et du résumé de Daly (1936) ; (2) la carte en courbes de niveau de 1897 de la « vallée submergée » de Monterey telle que publiée par George Davidson dans les Proceedings of Calif. Acad. of Sciences. Avec l’aimable autorisation de la photothèque de la NOAA ; (3) Carte bathymétrique de la vallée du plateau de l’Hudson / USGS ; (4) Rendu artistique d’un courant de turbidité / Open University ; (5) Carte du canyon sous-marin de Hueneme / USGS
*
* Daly est plus connu pour ses contributions à la compréhension de l’origine des roches ignées et ses premières idées sur la tectonique des plaques.
^* Cette citation, et bien d’autres choses sur l’histoire de la cartographie des fonds marins, provenant de cette page de Penn State ; voir aussi cette page du SERC sur l’histoire de la cartographie des fonds marins.
*
L’histoire de la cartographie des fonds marins.