Des géologues ont élucidé une énigme de longue date : la manière dont deux grands cours d’eau de l’ouest des États-Unis se sont rejoints.
Ils ont découvert qu’un mouvement invisible, survenu dans les profondeurs du sous-sol, avait temporairement abaissé une barrière montagneuse. L’un des cours d’eau a ainsi pu la traverser directement pour rejoindre l’autre.
Là où la rivière traverse la montagne
Dans le nord-est de l’Utah, la Green River, principal affluent du fleuve Colorado, franchit les monts Uinta, orientés d’est en ouest. Elle y a creusé le canyon de Lodore, au sein du monument national des Dinosaures.
Des indices conservés dans la forme même de la rivière ont conduit le Dr Adam G. G. Smith, de l’université de Glasgow, à déterminer une cause plus profonde.
Selon lui, la rivière a entaillé une chaîne de montagnes déjà formée, ce qui exclut l’explication la plus simple, fondée sur une érosion continue pendant la formation du relief.
Des changements survenus bien plus profondément sous terre auraient plutôt abaissé l’obstacle pendant un certain temps, permettant à la rivière d’emprunter un trajet qui semble aujourd’hui remonter la pente.
Une traversée tardive
La nouvelle étude situe cette traversée entre 8 et 1,5 million d’années avant notre époque, alors que les montagnes avaient déjà environ 50 millions d’années.
En aval, des indices sédimentaires indiquent à quel moment les eaux de la Green River et du Colorado ont commencé à se mêler. Les dates obtenues correspondent à cette période.
Les explications antérieures invoquaient soit une capture de cours d’eau venue du sud, soit un franchissement progressif de l’obstacle à mesure que les vallées se remplissaient de graviers.
Une modification plus récente de l’altitude des montagnes concorde avec cette chronologie. Elle invite à examiner ce qui se passait en profondeur, au-delà de la seule érosion.
La goutte cachée
Sous les montagnes, une goutte lithosphérique peut modifier la surface : de lourdes roches profondes se détachent et s’enfoncent.
Lorsque cette matière dense tire vers le bas, la croûte située au-dessus peut s’affaisser, puis remonter après le détachement de la masse rocheuse.
Cet affaissement suivi d’un rebond permet d’expliquer la traversée d’une rivière sans supposer que l’eau ait dû gravir une crête montagneuse.
Dans le cas étudié, le mouvement décisif se serait donc produit dans les roches souterraines, et non uniquement dans le lit de la rivière.
Les rivières gardent la trace du soulèvement
Dans les vallées latérales situées en hauteur subsistent des tronçons anciens, aux pentes douces. Ils dominent des segments plus récents et plus abrupts, taillés dans le substratum rocheux.
Lorsque le sol se soulève ou que le niveau de la mer baisse, la gravité accroît la capacité de l’eau à éroder. Les sections situées en aval s’encaissent alors plus rapidement.
À partir de ces différences de pente, l’équipe de Smith a estimé que la chaîne avait gagné environ 400 mètres d’altitude à une époque géologique récente.
Ce soulèvement constituait un indice visible en surface et a conduit les chercheurs à rechercher un signal correspondant dans les profondeurs.
Observer les profondeurs
Pour examiner cette hypothèse, l’équipe a recouru à la tomographie sismique, une technique d’imagerie du sous-sol fondée sur la vitesse des ondes produites par les séismes.
Sous les monts Uinta, dans le nord-est de l’Utah, les images révèlent une zone arrondie où les ondes sismiques se propagent plus vite, à environ 200 kilomètres de profondeur. Au-dessus se trouve une matière dans laquelle elles se déplacent plus lentement.
Des ondes rapides indiquent généralement des roches plus froides et plus denses. Cette configuration correspond donc à une racine rocheuse lourde qui s’enfonce en laissant derrière elle un manteau plus chaud.
La concordance entre cette anomalie profonde et la trace d’un soulèvement en surface renforce l’idée que le changement résulte d’un mouvement souterrain plutôt que du climat en surface.
Un affaissement suivi d’un rebond
Avant que la goutte ne se détache, le terrain situé au-dessus s’est probablement affaissé, abaissant le passage entre les réseaux de la Green River et du Colorado.
Une fois l’eau passée par-dessus cette barrière abaissée, la nouvelle liaison a permis à la Green River de creuser son trajet et de le conserver lorsque le soulèvement a repris.
« Nous pensons avoir rassemblé suffisamment de preuves pour montrer qu’une goutte lithosphérique, concept encore relativement nouveau en géologie, a abaissé le terrain assez fortement pour permettre aux rivières de se relier et de se rejoindre », a déclaré Smith.
Le soulèvement ultérieur a aidé la Green River à creuser le canyon de Lodore, profond d’environ 700 mètres, transformant un passage temporaire en tracé permanent.
La réunion des cours d’eau
La réunion des deux cours d’eau a déplacé la ligne continentale de partage des eaux, qui sépare les bassins dont les rivières se dirigent vers des océans différents.
« La réunion de la Green River et du Colorado, il y a des millions d’années, a modifié la ligne continentale de partage des eaux en Amérique du Nord », a expliqué Smith. Une fois la liaison établie, les poissons d’eau douce de bassins auparavant séparés ont pu se mélanger, et de nouvelles limites d’habitat ont dû apparaître.
En modifiant le trajet de l’eau, ce processus profond a également changé les espèces amenées à se rencontrer et orienté l’évolution dans de nouvelles directions.
Limites et questions en suspens
La chronologie exacte demeure incertaine : les paysages continuent de se transformer et les couches rocheuses ne fournissent pas de repères temporels parfaits.
En combinant des estimations de la réponse des rivières et la profondeur observée par imagerie, l’équipe a situé le détachement de la goutte entre 2,3 et 4,7 millions d’années avant notre époque.
Cette fourchette recoupe les limites d’âge établies auparavant sur le terrain pour la première traversée des monts Uinta par la Green River.
De futures datations des dépôts de terrasses et de meilleures images tridimensionnelles du manteau pourraient permettre de vérifier si un seul épisode de détachement explique tous les canyons.
Les enseignements de la Green River
Relier le tracé d’une rivière en surface à une racine rocheuse profonde offre aux géologues une nouvelle façon de déchiffrer les paysages anciens.
Puisque les gouttes peuvent soulever et abaisser la croûte sans séisme ni apparition de nouvelles failles, elles permettent d’expliquer des changements observés dans des régions calmes.
Des détachements souterrains comparables ont été proposés pour certaines parties des montagnes Rocheuses et du plateau du Colorado voisin.
Considérer la Green River comme un indicateur des mouvements profonds pourrait orienter les prochaines recherches sur d’autres rivières ayant franchi des obstacles.
L’équipe de Smith a réuni dans une même succession d’événements une rivière traversant une montagne, une phase de soulèvement et une goutte profonde.
À mesure que d’autres paysages seront étudiés selon cette même approche combinée, des gouttes cachées pourraient expliquer d’autres réseaux hydrographiques étonnants sans remettre en cause les principes fondamentaux de la physique.
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