Introduction
Les processus hydrothermaux concernent les mouvements souterrains de l’eau chaude. (« Thermos » signifie chaleur et « hydros » signifie eau.) La chaleur est généralement fournie par les remontées de magma du manteau terrestre, et l’eau provient des précipitations qui percolent de la surface. L’eau de l’océan peut également entrer en contact avec le magma qui s’élève continuellement du manteau pour former une nouvelle croûte océanique le long des crêtes médio-océaniques. Deux métaux, le calcium et le magnésium, sont transportés en grande quantité par des processus hydro-thermiques au fond de la mer et sont importants pour le bilan en dioxyde de carbone de l’océan et donc de l’atmosphère.
Contexte historique et fondements scientifiques
Certaines manifestations des processus hydrothermaux comprennent les geysers, les fumerolles et les sources chaudes. Ceux-ci se trouvent généralement dans les régions d’activité volcanique récente. À de tels endroits, l’eau de surface peut descendre à travers les roches jusqu’à des régions à haute température près d’un réservoir de magma sous la surface de la Terre. L’eau devient alors chauffée, donc moins dense, et remonte à la surface par des fissures et des fissures. Des geysers tels que Old Faithful Geyser dans le parc national de Yellowstone dans le Wyoming éclatent lorsqu’une grande quantité d’eau chaude remplit une cavité souterraine, dont une partie est transformée en vapeur qui s’échappe du sol par un puissant jet.
Les fumerolles émettent des mélanges de vapeur et d’autres gaz. Le sulfure d’hydrogène, l’un des gaz normalement libérés par les fumerolles, s’oxyde en acide sulfurique et en soufre natif à la surface. Ces produits chimiques expliquent les roches aux couleurs vives que l’on trouve dans de nombreuses zones thermiques.
Les sources chaudes sont des rejets naturels d’eaux souterraines à des températures élevées. Ils se produisent dans les zones thermiques où la surface de la Terre croise la nappe phréatique (le niveau le plus élevé de la roche saturée en eau). La température et la vitesse de décharge d’une source chaude sont déterminées par la vitesse à laquelle l’eau circule dans le système de canaux souterrains alimentant la source, la quantité de chaleur fournie en profondeur et la quantité d’eau chauffée diluée par les eaux souterraines fraîches près de la surface. Les sources chaudes trouvées dans les zones volcaniques peuvent avoir des températures d’eau proches de l’ébullition.
L’activité hydrothermale généralisée le long des crêtes océaniques fournit un lien chimique entre les processus au fond de la mer et le dioxyde de carbone atmosphérique (CO2). Les eaux de fond froides peuvent pénétrer à des profondeurs de plusieurs kilomètres sous le fond marin par des fissures dans le basalte frais de crête de crête. Une fois que cette eau est chauffée et réagit chimiquement avec le basalte chaud plus profond à des températures supérieures à 300 ° C (572 ° F), elle remonte à la surface par des sources chaudes au fond de l’océan. Les réactions chimiques qui se produisent au cours de ce processus comprennent l’élimination du magnésium et du sulfate et l’enrichissement du calcium, du potassium et de plusieurs autres éléments dans l’eau de mer.
L’échange chimique du calcium contre le magnésium revêt une importance particulière car le calcium réagit avec le bicarbonate (HCO3–) dans l’océan pour former du CO2. Ainsi, le seul processus significatif qui équilibre les apports de calcium dans l’eau des océans entraîne la libération de CO2, qui finit par se retrouver dans l’atmosphère. Les chercheurs estiment que les cheminées hydrothermales représentent actuellement 14 à 22% de tout le CO2 entrant dans l’atmosphère à partir de sources naturelles.
Impacts et problèmes
Dans les années 1980, Robert M. Owen et David K. Rea de l’Université du Michigan ont trouvé des preuves que l’augmentation de l’activité hydrothermale sur le fond marin pouvait être responsable d’une période d’augmentation des niveaux atmosphériques de CO2 et du réchauffement planétaire qui s’est produit il y a 50 millions d’années. Les deux océanographes ont émis l’hypothèse que l’activité tectonique (processus où des sections de la croûte terrestre entrent en contact les unes avec les autres) au cours de l’Éocène a provoqué une activité hydrothermale accrue. Ceci, à son tour, a provoqué un effet de serre mondial, qui pourrait constituer le seul analogue historique du réchauffement climatique anthropique (d’origine humaine) qui se produit actuellement.
Afin de déterminer les niveaux d’activité hydrothermale passée, Owen et Rea ont mesuré les concentrations de fer et de silice, deux produits chimiques couramment présents dans les eaux thermales, dans des échantillons de carottes de sédiments et de roches prélevés dans le Pacifique Est. Ces données, ainsi que les données géologiques pour la période Éocène recueillies par d’autres chercheurs, ont montré des niveaux de fer six fois plus élevés et des niveaux de silice jusqu’à 20 fois plus élevés que ceux actuels. Cela indique que les processus hydrothermaux dans l’océan ont en effet été considérablement accrus au cours de l’Éocène.
L’Éocène a été marqué par un changement climatique prononcé comparable à ce qui est projeté pour le monde au cours du siècle prochain. La température a augmenté de 9 ° F (5 ° C) au-dessus de celle de l’époque précédente. Les données de cette période montrent également que l’air était humide, que la circulation atmosphérique était réduite et qu’un réchauffement amplifié se produisait aux pôles.
MOTS À CONNAÎTRE
EOCÈNE: Période géologique allant d’il y a 55,8 millions d’années à 33,9 millions d’années. Le climat mondial était beaucoup plus chaud qu’aujourd’hui pendant la majeure partie de l’Éocène, avec des conditions tropicales s’étendant jusqu’à la latitude tempérée d’aujourd’hui. Le début de l’Éocène a été marqué par le Maximum thermique Paléocène-Éocène, une hausse soudaine de la température mondiale qui n’a duré qu’environ 200 000 ans et qui a provoqué l’extinction de nombreuses espèces et ouvert la voie à l’évolution des mammifères modernes.
FUMEROLE : Ouverture dans le sol qui émet des gaz volcaniques et de la vapeur. Un gaz couramment émis est le dioxyde de carbone.
GEYSER: Source chaude qui pulvérise périodiquement de la vapeur et de l’eau chaude dans l’air. Un geyser nécessite un passage de la nappe phréatique en contact avec une source de chaleur géothermique.
PÉRIODE JURASSIQUE: Unité de temps géologique d’il y a 200 millions d’années à 145 millions d’années, célèbre dans la culture populaire pour ses grands dinosaures. La température moyenne mondiale et les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone étaient toutes deux beaucoup plus élevées au Jurassique qu’aujourd’hui.
MAGMA: Roche fondue profondément dans la Terre qui se compose de liquides, de gaz et de particules de roches et de cristaux. Le magma sous-tend les zones d’activité volcanique et à la surface de la Terre est appelé lave.
PRÉCIPITATIONS: Humidité qui tombe des nuages. Bien que les nuages semblent flotter dans le ciel, ils tombent toujours, leurs gouttelettes d’eau étant lentement entraînées par la gravité. Parce que les gouttelettes d’eau sont si petites et légères, il peut prendre 21 jours pour tomber à 305 m (1 000 pi) et les courants de vent peuvent facilement interrompre leur descente. L’eau liquide tombe sous forme de pluie ou de bruine. Toutes les gouttes de pluie se forment autour de particules de sel ou de poussière. (Une partie de cette poussière provient de minuscules météorites et même de la queue des comètes.) Des gouttelettes d’eau ou de glace collent à ces particules, puis les gouttes attirent plus d’eau et continuent de grossir jusqu’à ce qu’elles soient suffisamment grandes pour tomber du nuage. Les gouttes de bruine sont plus petites que les gouttes de pluie. Dans de nombreux nuages, les gouttes de pluie commencent en fait par de minuscules cristaux de glace qui se forment lorsqu’une partie ou la totalité d’un nuage est sous le point de congélation. Lorsque les cristaux de glace tombent à l’intérieur du nuage, ils peuvent entrer en collision avec des gouttelettes d’eau qui gèlent sur eux. Les cristaux de glace continuent de grossir, jusqu’à ce qu’ils soient suffisamment grands pour tomber du nuage. Ils traversent l’air chaud, fondent et tombent sous forme de gouttes de pluie.
TECTONIQUE: Concernant la tectonique, l’étude scientifique des forces qui façonnent les croûtes planétaires (chaînes de montagnes, continents, fonds marins, etc.).
UPWELLING: Mouvement vertical de l’eau dans l’océan par lequel l’eau souterraine de plus basse température et de plus grande densité se déplace vers la surface de l’océan. Les remontées d’eau se produisent le plus souvent sur les côtes occidentales des continents, mais peuvent se produire n’importe où dans l’océan. Il en résulte des remontées lorsque des vents soufflant presque parallèlement à une côte continentale éloignent les eaux de surface légères de la côte. Les eaux souterraines de plus grande densité et de plus basse température remplacent les eaux de surface et exercent une influence considérable sur la météo des régions côtières. Le dioxyde de carbone est transféré dans l’atmosphère dans les régions d’upwelling.
NAPPE PHRÉATIQUE : Niveau souterrain ou profondeur au-dessous de laquelle le sol est saturé d’eau liquide. Là où la nappe phréatique croise la surface, on trouve de l’eau (p. ex. lacs, sources, cours d’eau).
D’autres épisodes de changement climatique ont également été liés à des processus hydrothermaux. Henrik Svensen et coll. (2003) ont émis l’hypothèse que les grands complexes hydrothermaux identifiés dans les bassins de Vøring et de Møre dans l’Atlantique nord et à terre dans le bassin du Karoo en Afrique du Sud pourraient avoir libéré suffisamment de méthane, un gaz à effet de serre important, pour déclencher le changement climatique mondial et des extinctions massives. L’activité hydrothermale passée dans l’Atlantique nord correspond au début du réchauffement climatique au cours de l’Éocène, alors que l’activité hydrothermale dans le bassin du Karoo pourrait expliquer une période d’anoxie océanique (manque d’oxygène) au cours du Jurassique inférieur. Des événements anoxiques comme celui-ci peuvent avoir précipité des extinctions de masse et sont supposés se produire pendant les périodes de réchauffement climatique. Enfin, un épisode de refroidissement au cours de l’Éocène supérieur dans la mer de Ross en Antarctique a également été lié aux systèmes hydrothermaux.
Voir Aussi Dioxyde de carbone (CO2); Énergie géothermique; Effet de serre; Océans et Mers.
BIBLIOGRAPHIE
Périodiques
Dallai, Luigi, et al. « Fossil Hydrothermal Systems Tracking Eocene Climate Change in Antarctica. »Geology 29, no. 10 (octobre 2001): 931-934.
Owen, Robert M., et David K. Rea. « L’activité hydrothermale des Fonds Marins Relie le Climat à la Tectonique: La Serre au Dioxyde de Carbone de l’Éocène. »Science 227, no. 4683 (11 janvier 1985): 166-169.
Shackleton, Sir Nicholas J., et Anne Boersma. « Le climat de l’océan Éocène. »Journal of the Geological Society London 138, no. 2 (avril 1981): 153-157.
Svensen, Henrik, et al. « Global Climate Change Resulting from Voluminous Intrusive Basaltic Volcanism in Sedimentary Basins: The Methane Transport and Eruption Mechanisms. »American Geophysical Union, Réunion d’automne 2003, résumé #V21C-0528, 2003.
Weisburd, S. « Sources chaudes, Climat chaud et CO2. » Science News 127 (23 mars 1985): 20.
Sites Web
« Énergie géothermique et activité hydrothermale. »Observatoire du volcan des Cascades de l’USGS. 12 mai 2005. < http://vulcan.wr.usgs.gov/Glossary/ThermalActivity/description_thermal_activity.html> (consulté le 4 novembre 2007).
Michele Chapman