Des scientifiques étudient le passé ancien du Grand Canyon pour prédire les futurs impacts climatiques

Les vallées du Grand Canyon et les millions d’années de couches rocheuses couvrant l’histoire de la Terre lui ont valu d’être désigné comme l’une des sept merveilles naturelles du monde. Mais, selon une nouvelle étude de l’UNLV, ses merveilles s’étendent aux vastes systèmes de grottes situées sous la surface, qui pourraient bien contenir des indices permettant de mieux comprendre l’avenir du changement climatique, en étudiant le passé de la nature.

Une équipe de recherche, dirigée par le paléoclimatologue et professeur Matthew Lachniet de l’UNLV, a extrait une ancienne stalagmite du sol d’une grotte intacte du Grand Canyon. En étudiant la géochimie des gisements minéraux, ils ont pu analyser les régimes de précipitations au cours de la période de réchauffement rapide qui a suivi la dernière période glaciaire afin de mieux comprendre l’impact potentiel du futur changement climatique sur les pluies de mousson d’été dans le sud-ouest des États-Unis et le nord-ouest du Mexique.

Leur résultatspublié le 2 octobre dans Géosciences naturelles, a révélé que des niveaux croissants d’eau se sont infiltrés dans la grotte il y a entre 8 500 et 14 000 ans, au cours d’une période connue sous le nom de début de l’Holocène, lorsque les températures ont augmenté dans toute la région. À l’aide d’un modèle paléoclimatique, les chercheurs ont déterminé que cela était probablement dû à une intensification et une expansion des précipitations estivales résultant d’impacts atmosphériques sur les modèles de circulation de l’air, qui faisaient fondre plus rapidement les manteaux de neige hivernaux et accéléraient le processus d’évaporation qui alimente les pluies de mousson.

Ceci est important, disent les auteurs, car la majeure partie de l’eau qui s’infiltre actuellement à travers le substrat rocheux et dans les grottes et les aquifères – et contribue à la recharge des eaux souterraines – provient de la fonte des neiges hivernale. Cependant, au début de l’Holocène, lorsque les températures maximales n’étaient que légèrement plus chaudes qu’aujourd’hui, l’humidité estivale et hivernale a contribué à la recharge des eaux souterraines dans la région.

Les auteurs suggèrent que le réchauffement futur, qui pourrait entraîner une augmentation des températures au-dessus de celles du début de l’Holocène, pourrait également entraîner une augmentation des taux de précipitations estivales sur le plateau élevé du Colorado et une intensification de la mousson nord-américaine, le schéma d’orages prononcés et accrus. et les précipitations qui surviennent généralement entre juin et la mi-septembre.

« Ce qui est surprenant dans nos résultats, c’est qu’au cours de cette dernière période chaude, la mousson d’été et l’infiltration dans la grotte ont augmenté, ce qui suggère que l’été a été important pour la recharge des eaux souterraines du Grand Canyon, même si aujourd’hui ce n’est pas une saison importante pour la recharge »,  » a déclaré Lachniet, qui a personnellement récupéré la stalagmite dans une grotte de la formation Redwall sur la rive sud de l’est du Grand Canyon en 2017.  » Même si nous nous attendons toujours à ce que la région s’assèche à l’avenir, des pluies estivales plus intenses pourraient en fait s’infiltrer dans le sous-sol. plus qu’aujourd’hui. »

Les stalagmites sont des formations grottes courantes qui agissent comme d’anciens pluviomètres qui enregistrent les changements climatiques historiques. Ils se développent lorsque les eaux riches en minéraux s’infiltrent dans le sol et tombent des pointes des stalactites au plafond des grottes. Les minéraux de calcite provenant de minuscules gouttes d’eau s’accumulent sur des milliers d’années et, tout comme les cernes des arbres, enregistrent avec précision l’historique des précipitations d’une région. Trois formes naturelles d’oxygène se trouvent dans l’eau, et la quantité d’une forme diminue à mesure que les précipitations augmentent. Ces informations sont bloquées dans les stalagmites au fil du temps.

En raison de la différence nette dans la composition isotopique de l’oxygène entre les précipitations estivales et hivernales, il est possible d’estimer les contributions relatives de chaque saison. La variation de l’isotope de l’uranium 234 et les changements dans l’épaisseur de croissance des stalagmites donnent une indication du changement dans la quantité de précipitations.

« Nous avons pu valider l’enregistrement de l’oxygène avec les données de croissance, avec les données sur les isotopes de l’uranium, pour confirmer qu’en fait, nous constatons une augmentation significative de l’humidité estivale pendant cette période chaude, que nous attribuons à la mousson », a déclaré l’Université de New York. Professeur mexicain Yemane Asmerom. « Malheureusement, l’humidité efficace est l’équilibre entre les précipitations et l’évaporation. Contrairement au climat plus tempéré du Grand Canyon, la partie sud aride est susceptible d’être plus sèche, en raison de l’augmentation des températures. »

L’équipe de recherche a utilisé des échantillons de stalagmites pour reconstituer les taux de recharge des eaux souterraines – ou la quantité d’eau qui pénètre dans les aquifères – dans la région du Grand Canyon au cours des premières années de l’Holocène. Des taux élevés de recharge des eaux souterraines se sont probablement produits également sur d’autres plateaux de haute altitude de la région, ont-ils déclaré, même si l’on ne sait pas exactement comment cette activité s’applique aux déserts plus chauds de basse altitude.

Ce qui est clair, c’est que les changements climatiques d’origine humaine entraînent des températures plus élevées dans tout le sud-ouest de l’Amérique du Nord, y compris dans la région du Grand Canyon. Parallèlement à la croissance démographique et aux pressions agricoles, ce réchauffement peut réduire l’infiltration des eaux de surface dans les aquifères souterrains. Les taux de recharge des eaux souterraines dépendent également de la fréquence et de l’intensité des pluies estivales associées à la mousson.

Bien que l’infiltration estivale ne contribue pas aujourd’hui de manière significative à la recharge des eaux souterraines dans la région, ces dernières découvertes suggèrent que cela pourrait changer à l’avenir à mesure que le climat se réchauffe et que l’humidité de la mousson augmente. Ce que l’on ignore, c’est l’impact d’une diminution prévue des précipitations hivernales et du manteau neigeux sur les réserves globales d’eau souterraine.

Outre Lachniet et Asmerom, les chercheurs suivants ont collaboré au rapport : Xiaojing Du et Sylvia G. Dee de l’Université Rice ; Victor Polyak de l’Université du Nouveau-Mexique ; et Benjamin W. Tobin de l’Université du Kentucky.