Le modèle source-puits illustrant l'élévation (à gauche) et l'érosion/le dépôt (à droite). Crédit :Jinyu Zhang/ Université du Texas à Austin.
Les forces qui façonnent la surface de la Terre sont enregistrées dans un certain nombre d'enregistrements naturels, des cernes des arbres aux formations de grottes.
Dans une étude récente, des chercheurs de l'Université du Texas à Austin montrent qu'un autre enregistrement naturel - des sédiments regroupés au bord du bassin - offre aux scientifiques un outil puissant pour comprendre les forces qui ont façonné notre planète pendant des millions d'années, avec des implications sur la compréhension actuelle
L'étude a été publiée dans la revue Géologie et utilise un modèle informatique pour relier des modèles distincts dans les dépôts sédimentaires aux changements du climat et de l'activité tectonique.
"Nous essayons de trouver un moyen de distinguer la tectonique et les signaux climatiques, " a déclaré l'auteur principal Jinyu Zhang, chercheur associé au Bureau of Economic Geology de l'UT. "En utilisant ce modèle numérique, nous avons soudainement ce pouvoir de simuler le monde sous différentes tectoniques et climats."
Zoltán Sylvester et Jacob Covault, les deux chercheurs du bureau, co-auteur de l'article.
Les géoscientifiques se sont longtemps tournés vers les bassins sédimentaires pour trouver des indices sur le climat passé de la Terre. C'est parce que l'apport de sédiments est étroitement lié à des facteurs environnementaux, comme les précipitations ou les chutes de neige, qui influencent la création de sédiments par l'érosion et le transport de sédiments à travers un paysage et dans un bassin. Les facteurs tectoniques influencent également la création de sédiments, avec un soulèvement croissant associé à plus de sédiments et un soulèvement décroissant avec moins.
Cependant, bien que la connaissance de l'apport en sédiments soit liée au climat et à la tectonique, les chercheurs ont déclaré que l'on sait peu de choses sur la façon dont les changements dans ces phénomènes influencent directement la façon dont les sédiments se déposent le long des marges du bassin sur de longues échelles de temps.
Cette étude change cela, avec Zhang utilisant le programme informatique open source pyBadlands pour créer un modèle 3D « de la source au puits » qui suit l'évolution des précipitations, le soulèvement tectonique et le niveau de la mer influencent l'érosion et le dépôt des sédiments. Le modèle utilise une topographie inspirée des montagnes de l'Himalaya et du delta de l'Indus pour suivre les sédiments à mesure qu'ils quittent les montagnes, à travers un réseau fluvial, et s'installe dans une marge de bassin sur des millions d'années.
Un modèle source-puits illustrant les changements d'altitude (à gauche) et d'érosion/dépôt (à droite). Crédit :Jinyu Zhang/ Université du Texas à Austin.
"C'est l'un des premiers [modèles] à mettre la partie évolution du paysage avec la réponse stratigraphique, réponse de dépôt, et le faire en 3-D, " a déclaré Covault. " Jinyu a fait un grand pas en avant pour tout mettre en place. "
Les chercheurs ont exécuté 14 scénarios différents, chacun avec un climat différent, tectonique, et les paramètres du niveau de la mer - sur une période de temps simulée de 30 millions d'années pour étudier les changements dans la topographie du paysage et le dépôt de sédiments.
Les différents scénarios ont créé des modèles distincts de dépôt de sédiments, ce qui a permis aux chercheurs de tirer des conclusions générales sur la façon dont les facteurs tectoniques et climatiques affectent la croissance de la marge du bassin. Par exemple, les changements de soulèvement prennent des millions d'années pour affecter le changement dans les sédiments de la marge du bassin, mais une fois ces changements en vigueur, ils définissent une nouvelle base de comportement. En revanche, les changements de précipitations provoquent des changements beaucoup plus brusques, suivi d'un retour au comportement de dépôt observé avant le changement climatique.
Les scénarios ont montré que le niveau de la mer pourrait potentiellement compliquer la transmission du signal de changement tectonique dans le bassin. Par exemple, une augmentation du niveau de la mer a inondé les régions côtières et empêché les sédiments d'atteindre la marge du bassin. Mais lorsque ce scénario s'est accompagné d'une augmentation des précipitations, l'apport de sédiments était suffisamment important pour atteindre la marge du bassin.
Gary Hampson, un professeur à l'Imperial College de Londres qui ne faisait pas partie de l'étude, a déclaré que le modèle fournit des lignes directrices importantes pour les géoscientifiques qui cherchent à reconstruire le passé de la Terre.
"Les résultats augmentent la confiance avec laquelle les géoscientifiques peuvent interpréter les histoires tectoniques et climatiques dans les archives géologiques des marges du bassin, " il a dit.
Zhang a passé les deux dernières années à apprendre le langage de programmation Python afin de pouvoir utiliser le logiciel pyBadlands, qui a été développé par Tristan Salles de l'Université de Sydney.
Sylvestre, qui utilise des outils similaires pour étudier l'érosion et la sédimentation dans les systèmes fluviaux, a déclaré que les outils informatiques à la disposition des géoscientifiques rendent plus accessibles que jamais des questions de longue date mais fondamentales en géosciences.
"C'est une période passionnante, " a-t-il dit. " Il est de plus en plus facile d'étudier les données stratigraphiques de manière quantitative. "
