La Terre est une planète géologiquement active, ce qui signifie qu’elle a une tectonique des plaques et des éruptions volcaniques qui n’ont pas cessé. Cette activité s’étend jusqu’au noyau, où l’action entre un noyau externe liquide et un noyau interne solide génère un champ magnétique planétaire. En comparaison, Mars est un exemple presque parfait d’une planète à « couvercle stagnant », où l’activité géologique il y a des milliards d’années et la surface est restée stagnante depuis.
Mais comme l’indiquent les nombreuses montagnes sur Mars, qui comprend la plus haute du système solaire (Olympus Mons), la planète était autrefois un foyer d’activité volcanique. Et selon une étude récente soutenue par la NASA, il existe des preuves que des milliers de « super-éruptions » se sont produites dans la région d’Arabia Terra, dans le nord de Mars, il y a 4 milliards d’années. Ces éruptions se sont produites au cours de 500 millions d’années et ont eu un effet drastique sur le climat martien.
La recherche, récemment publiée dans le Lettres de recherche géophysique, a été dirigé par un géologue Patrick Whelley du Goddard Spaceflight Center de la NASA. Il a été rejoint par des chercheurs de l’Université du Maryland, de l’Université d’État de Pennsylvanie, du Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins (JHUAPL), et la société de conseil en ingénierie géotechnique Associés Landau.
Cette image prise par la caméra Hi-RISE sur Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA montre plusieurs bassins d’Arabia Terra. Crédits : NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Ici sur Terre, les volcans peuvent parfois produire des éruptions qui libèrent une énorme quantité de poussière et de gaz toxiques dans l’air, bloquant la lumière du soleil et modifiant le climat pendant des décennies. Lorsque ces éruptions se produisent, elles font exploser environ 1015 litres de roche en fusion et de gaz à travers la surface et a répandu une épaisse couche de cendres jusqu’à plusieurs milliers de kilomètres du site de l’éruption. Plutôt que de laisser derrière eux des vestiges montagneux, des volcans de cette ampleur s’effondrent dans un trou géant (une « caldeira ») qui peut mesurer des dizaines de kilomètres de diamètre.
En Arabia Terra, sur Mars, l’existence de sept caldeiras a été le premier indice que la région aurait pu abriter autrefois des volcans capables de super-éruptions. À une certaine époque, les scientifiques pensaient qu’il s’agissait d’une série de bassins d’impact créés par des astéroïdes il y a des milliards d’années. Cependant, en 2013, une équipe de scientifiques a publié une étude dans laquelle ils ont proposé que ces dépressions étaient en fait des caldeiras.
Certaines indications clés, ont-ils soutenu, incluaient le fait que la dépression n’était pas parfaitement ronde comme les cratères, et les sols très profonds et les bancs de roche près des murs (signes d’effondrement). Whelley et son équipe, qui comprenait le co-auteur Alexandra Matiella Novak (un volcanologue du JHUAPL) a décidé d’approfondir cette possibilité. Mais au lieu de chercher eux-mêmes les volcans, ils ont recherché des traces de cendres.
Déjà, Matiella Novak utilisait des données de L’orbiteur de reconnaissance Mars de la NASA (MRO) pour rechercher des signes de cendres ailleurs sur Mars. Après s’être associés à Whelley et à son équipe, ils ont commencé à rechercher des données similaires dans la région d’Arabia Terra. Comme Matiella Novak l’a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA :
« Alors nous l’avons ramassé à ce moment-là et nous avons dit : « OK, eh bien, ce sont des minéraux qui sont associés à des cendres volcaniques altérées, ce qui a déjà été documenté, alors maintenant nous allons regarder comment les minéraux sont distribués pour voir si ils suivent le modèle que nous nous attendrions à voir des super-éruptions.
Patrick Whelley, scientifique et auteur principal de la NASA Goddard, près du site de l’éruption explosive de 1875 du volcan Askja. Crédits : Jacob Richardson/NASA Goddard
Leur approche s’appuie sur les travaux d’une autre équipe de recherche, qui a également appris la théorie selon laquelle les bassins d’Arabia Terra pourraient être des caldeiras et a calculé où se seraient déposées les cendres d’éventuelles super-éruptions dans cette région. D’après leurs résultats, les cendres auraient voyagé sous le vent vers l’Est, où elles se seraient amincies en s’éloignant du centre de ce qui restait des volcans (c’est-à-dire les caldeiras).
Utilisation d’images de MRO Spectromètre d’imagerie de reconnaissance compact pour Mars (CRISM), l’équipe a recherché des traces de minéraux à la surface et dans les parois et les cratères du canyon à des centaines voire des milliers de km des caldeiras, où les cendres auraient été emportées par le vent. Finalement, ils ont identifié des minéraux volcaniques comme la montmorillonite, l’imogolite et l’allophane qui ont été transformés en argile par l’eau.
Ils ont ensuite déposé les données minérales sur une carte topographique réalisée à l’aide d’images prises par les caméras du MRO, qui ont donné une carte topographique en trois dimensions d’Arabia Terra. À partir de cela, l’équipe a pu constater que les couches de cendres étaient très bien conservées dans les gisements riches en minéraux, plutôt que d’être mélangées par les vents et l’eau. Comme l’équipe l’avait prévu à l’avance, la cendre a été stratifiée de la même manière qu’elle l’aurait été si les dépôts étaient frais.
Mentionné Jacob Richardson, un géologue à la NASA Goddard qui a travaillé avec Whelley et Novak :
« C’est à ce moment-là que j’ai réalisé que ce n’était pas un coup de chance, c’est un vrai signal. Nous voyons en fait ce qui était prédit et ce fut le moment le plus excitant pour moi. Les gens vont lire notre journal et se dire : « Comment ? Comment Mars a-t-il pu faire ça ? Comment une si petite planète peut-elle faire fondre suffisamment de roches pour alimenter des milliers de super-éruptions en un seul endroit ? » J’espère que ces questions amèneront beaucoup d’autres recherches.
Photo de cendres volcaniques prise à Hawaï le 8 avrile, 2008. Crédits : USGS
Sur la base du volume de chaque caldeira, les mêmes scientifiques qui ont proposé qu’Arabia Terra était autrefois volcaniquement actif ont également calculé la quantité de matière qui aurait été libérée par chaque super-éruption. Ces informations ont permis à Whelley et à ses collègues de calculer le nombre d’éruptions nécessaires pour produire la quantité de cendres qu’ils ont trouvée et ont conclu que 1000 à 2000 super-éruptions avaient eu lieu sur une période de 500 millions d’années.
« Chacune de ces éruptions aurait eu un impact climatique important – peut-être que le gaz libéré a rendu l’atmosphère plus épaisse ou bloqué le Soleil et a rendu l’atmosphère plus froide », a déclaré Whelley. « Les modélisateurs du climat martien auront du travail à faire pour essayer de comprendre l’impact des volcans. »
En plus de la question de savoir comment ces volcans ont affecté le climat martien, il y a aussi la question de savoir pourquoi tant de caldeiras sont concentrées dans cette seule région. Sur Terre, des volcans capables de super-éruptions sont dispersés à travers la planète et coexistent avec d’autres types de volcans. Mars possède de nombreux autres types de volcans, tels que l’Olympus Mons et les trois principales montagnes qui composent la chaîne de Tharsis Montes – Ascraeus Mons, Pavonis Mons et Arsia Mons.
Jusqu’à présent, Arabia Terra est la seule région sur Mars où des preuves de super-volcans ont été trouvées. Cela soulève des questions quant à savoir si les caldeiras étaient concentrées dans des régions ici sur Terre mais se sont érodées physiquement au fil du temps ou se sont déplacées en raison de la tectonique des plaques. En attendant, cette recherche pourrait également informer les futurs chercheurs de super-volcans sur d’autres corps de notre système solaire.
Par exemple, la lune Io de Jupiter est connue pour libérer de puissants panaches de lave pouvant atteindre 500 km (310 mi) dans l’espace. Il existe également des preuves que l’activité volcanique se poursuit sur Vénus, ce qui crée la possibilité qu’il y ait des caldeiras regroupées dans certaines régions. Il sera fascinant de voir quel rôle ces processus géologiques et d’autres ont pu jouer dans l’évolution des corps extraterrestres.
Référence:
P. Whleyy, et al. « Preuves stratigraphiques du volcanisme explosif martien ancien dans Arabia Terra« . Lettres de recherche géophysique 48.15 (2021) : e2021GL094109.
La source: Univers aujourd’hui, par Matt Williams.
