L’isthme de Panama : Hors de la Terre profonde

Pour ce qui est des dates de l’histoire géologique, la formation du mince pont terrestre qui relie l’Amérique du Sud et l’Amérique du Nord est une lettre rouge. Plus d’une fois au cours des 100 derniers millions d’années, les deux grandes masses terrestres ont été séparées par des eaux océaniques profondes. L’étroite section d’Amérique centrale qui les unit aujourd’hui – à son point le plus étroit le long de l’isthme de Panama – a modifié non seulement la carte du monde, mais aussi la circulation des océans, le cours de l’évolution biologique et probablement le climat mondial. Produit torturé de diverses forces, la version actuelle de l’isthme a probablement été façonnée par le volcanisme et les mouvements des plaques tectoniques quelque part entre 15 millions et 3 millions d’années.

Cornelia Class, géochimiste à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l’Université de Columbia, et Esteban Gazel, chercheur adjoint à Lamont, désormais basé à l’Institut polytechnique de Virginie, se penchent sur l’une des forces les plus mystérieuses à l’œuvre sur ce chantier naturel : le panache des Galápagos.Le panache est une remontée chaude de longue durée de matériaux provenant des profondeurs de la terre, qui fondent près de la surface et forment des chaînes de volcans, à la fois sous l’eau et sous forme d’îles océaniques. Provenant du manteau terrestre, à des dizaines de kilomètres de profondeur, le panache toujours actif est similaire aux points chauds de magma qui percolent sous Hawaï et Yellowstone. On pense qu’il a commencé par d’énormes déversements de lave il y a environ 100 millions d’années sous ce qui est aujourd’hui les Caraïbes, mais qu’en raison principalement du mouvement des plaques tectoniques situées au-dessus, il a depuis migré loin au sud et à l’ouest dans le Pacifique, jusqu’à son emplacement actif actuel sous les îles Galápagos, à quelque 600 miles de là. Gazel et Class tentent d’élucider son histoire et son rôle dans la création du pont terrestre. Habituellement, ces roches sont enfouies loin sous la surface ou reposent profondément sur le fond de l’océan. Ici, elles reposent sur une terre plus ou moins sèche, offrant une fenêtre inhabituelle sur les processus de la terre profonde.

À l’automne 2012, Class et Gazel ont chassé les roches créées par le panache sur la péninsule d’Azuero au Panama, qui s’avance dans l’océan Pacifique. Gazel, qui a grandi au Costa Rica voisin (où des roches identiques existent), est spécialisé dans l’étude de cette région. Aussi à l’aise pour discuter de la chimie du fractionnement de la fonte que pour se promener avec une masse de 2,5 kg sur l’épaule, il cherche des blocs rocheux susceptibles d’être ouverts. Class, géochimiste d’origine allemande, est une spécialiste de la chimie du manteau ; elle a travaillé sur des roches provenant d’Afrique de l’Est, de l’Antarctique et du fond de l’océan Atlantique. « Les gens essaient souvent de comprendre des choses lointaines, comme la façon dont les étoiles se forment », explique Mme Class. « En réalité, nous devrions regarder beaucoup plus près de chez nous. Ici, nous essayons de comprendre ce qui se trouve sous nos pieds. Comment la terre elle-même s’est-elle développée ? »

La partie occidentale de la péninsule d’Azuero, largement non habitée, est difficile pour les géologues. Ses collines précipitées sont enveloppées d’une épaisse terre rouge et de forêts et pâturages humides ; on voit rarement des roches, sauf dans certains lits de ruisseaux ou le long de la côte, où une érosion vigoureuse a rasé la végétation et la terre. Ce n’est que récemment qu’une seule petite route goudronnée a été poussée sur une partie de la côte, si bien que pour travailler à l’intérieur des terres, il faut se frayer un chemin dans la boue, traverser des ruisseaux à gué et se retrouver bloqué par les gigantesques tempêtes de pluie qui déferlent tous les après-midi pendant la saison des pluies. Le long de la côte, les meilleurs sites de recherche sont les falaises marines, les promontoires, les îlots détachés et les tas de gravats qui plongent directement dans la mer dangereusement agitée. Pour les atteindre, Gazel et Class engagent un pêcheur local pour qu’il approche son bateau au plus près. Ensuite, ils plongent par-dessus bord avec le marteau de forgeron et d’autres équipements, et nagent à travers les vagues. S’ils ont de la chance, il y a une petite plage sur laquelle ils peuvent atterrir ; sinon, ils doivent faire attention à ne pas être écrasés par les vagues contre les rochers. Après avoir prélevé des échantillons, ils reviennent à la nage vers le bateau, lestés à la fois de leurs outils et des rochers. Heureusement, Gazel et Class sont de bons nageurs – et les requins et crocodiles qui hantent parfois ces eaux ne semblent pas être dans les parages.

Les roches de cette partie du Panama sont un mélange compliqué, représentant l’histoire complexe de l’isthme. De leur extérieur fortement altéré, il est difficile de distinguer une sorte d’une autre. Ce n’est qu’en les brisant que Gazel et Class peuvent dire s’ils ont trouvé leur carrière. Il s’agit de picrite, un type de roche ignée qui se cristallise lorsque le magma du manteau remonte vers le haut. Généralement formée au fond de la mer, elle contient des cristaux d’olivine d’un jaune-vert étincelant, un minéral typique du manteau que l’on ne trouve pas dans les roches formées plus près de la surface. Se frayant un chemin à travers des tas de rochers arrondis comme des condamnés sur une pile de rochers de prison, Gazel et son étudiant diplômé Jarek Trela balancent le traîneau sur des rochers qui semblent intéressants, jusqu’à ce qu’un bord se détache. S’ils ont de la chance, les cristaux révélateurs se trouvent à l’intérieur ; ils brisent alors la roche en plus petits morceaux. Class utilise un marteau de géologue plus petit pour nettoyer les bords extérieurs altérés des spécimens de la taille d’un poing, avant de les mettre en sac.

Les géologues pensent que le panache des Galápagos est devenu actif il y a plus de 100 millions d’années sous ce qui est maintenant une grande partie de l’Amérique centrale. Il y a environ 75 millions d’années – avant l’ère des dinosaures – de gigantesques déversements de lave provenant du panache ont contribué à former une version antérieure du pont terrestre. Les plaques tectoniques s’entrechoquaient également, poussant hors de l’eau des parties du fond marin. À un moment donné, les processus combinés ont transformé l’océan en marécages, puis en archipel, et enfin en terre ferme. Les Amériques étaient réunies. Des créatures autrefois isolées sur l’un ou l’autre continent ont pu migrer et se mélanger dans les deux sens. On en trouve la preuve aujourd’hui dans des fossiles montrant l’arbre de l’évolution de dinosaures apparentés, ainsi que des vers, des serpents et des mammifères primitifs dans des sites aussi éloignés que l’Utah et l’Argentine. Mais ce premier pont terrestre se serait rompu il y a environ 50 ou 65 millions d’années, suite à des mouvements tectoniques continus. (Cette dernière date concorde à peu près avec la chute d’une météorite géante au large du Mexique qui a tué les dinosaures ; mais on ne sait pas si elle était liée de quelque manière que ce soit à la rupture.)

Il y a environ 15 millions à 65 millions d’années, le panache des Galápagos migrait vers l’ouest dans le Pacifique, formant des chapelets d’îles volcaniques et de volcans sous-marins. Dans le même temps, la plaque tectonique du Pacifique, située au-dessus, se déplaçait vers l’est. En se déplaçant, la plaque a transporté les vestiges des volcans issus du panache jusqu’en Amérique centrale. Là, la plaque du Pacifique entrait lentement en collision avec une plaque distincte provenant de ce qui est maintenant les Caraïbes. Lorsque les plaques opposées se sont rencontrées, certaines de leurs sections ont été écrasées vers le haut, et un deuxième pont terrestre a commencé à prendre forme. Certaines îles et certains monts sous-marins issus de la plaque du Pacifique ont été collés sur la masse continentale en formation, comme des cerises sur un gâteau. Ce sont les restes, aujourd’hui grumeleux, de ces montagnes volcaniques en mouvement qui forment la plupart des collines et des falaises de la péninsule. Le panache continue d’entrer en éruption sous les lointaines îles Galápagos (qui font partie de l’Équateur et non du Panama). Sa forme exacte et la dynamique des éruptions actuelles font encore l’objet d’un certain mystère.

De retour dans les laboratoires des chercheurs à Lamont-Doherty et Virginia Tech, les analyses chimiques des picrites panaméennes permettront de révéler le moment, les températures et les autres conditions dans lesquelles les roches se sont formées. Les chercheurs espèrent que cela permettra de faire la lumière non seulement sur la formation de l’isthme, mais aussi sur les processus de la terre profonde. Gazel et d’autres collègues travaillent sur le panache des Galápagos depuis un certain temps déjà. Parmi leurs premières constatations : depuis l’époque des dinosaures, les magmas du panache semblent s’être refroidis de quelque 200 degrés F ; la taille et le rythme des éruptions ont également diminué. Cela pourrait signifier, selon Gazel, que « les panaches mantelliques sont comme les gens : ils vieillissent et meurent ». Mais celui-ci, dit-il, a encore du chemin à faire avant de s’éteindre – probablement des dizaines de millions d’années.

En ce qui concerne le pont terrestre actuel, Gazel favorise la théorie actuelle selon laquelle il s’est formé par à-coups, commençant comme le précédent, comme une série de marécages, de détroits et d’îles, il y a peut-être 15 millions d’années. Il y a peut-être 8 millions d’années, les monts sous-marins en mouvement s’élevaient du fond de l’océan et s’écrasaient sur les masses de terre en fusion. Il pense que ce sont ces montagnes qui ont finalement fermé complètement l’isthme, faisant du Panama et du Costa Rica le point d’articulation des Amériques. « Sans elles, nous n’aurions pas de pont terrestre », dit-il. La date conventionnellement acceptée pour la fermeture complète de l’isthme est d’environ 3,5 millions d’années, mais M. Gazel pense que cela aurait pu se produire quelques millions d’années plus tôt. Cette hypothèse est controversée ; une étude récente menée par d’autres chercheurs la situe entre 13 et 15 millions d’années.

Quels que soient la séquence et le moment exacts, les fossiles montrent que les créatures qui avaient évolué de manière isolée pendant des dizaines de millions d’années dans les Amériques séparées ont commencé à circuler et à évoluer à nouveau du nord au sud. Certaines des premières créatures étaient capables de bien nager, ou du moins de patauger : les tapirs, les pécaris et les Gomphotheres, semblables à des éléphants, qui se dirigeaient vers le sud, et les paresseux géants, ou Megatherium, qui se dirigeaient vers le nord, certains mesurant jusqu’à 29 pieds. Au fur et à mesure que le pont terrestre se remplissait, le filet de migrants s’est transformé en inondation. Ce phénomène a culminé il y a quelques millions d’années avec ce qu’on appelle le Grand échange biotique américain. À différentes époques, les ancêtres des tatous, des porcs-épics et des opossums d’Amérique du Nord d’aujourd’hui, ainsi que des oiseaux prédateurs de 2,5 mètres de haut, aujourd’hui disparus, sont montés d’Amérique du Sud. En descendant d’Amérique du Nord, on trouve des cerfs, des mastodontes, des chameaux, des ratons laveurs, des chats, des chiens et des rongeurs de toutes sortes. Pour des raisons inconnues, l’invasion du nord a eu beaucoup plus de succès que celle du sud. En conséquence, de nombreuses espèces du sud ont été remplacées par celles du nord – les ancêtres des jaguars, des lamas et d’autres espèces caractéristiques de la faune sud-américaine d’aujourd’hui.

L’isthme a uni les continents, mais il a divisé les océans. Une fois l’Atlantique et le Pacifique séparés, les créatures marines telles que les mollusques du côté chaud et peu profond des Caraïbes ont pris des chemins d’évolution très différents de ceux du côté froid et profond du Pacifique. La circulation de l’eau océanique elle-même a également été complètement modifiée. Avant la division, l’eau circulait d’est en ouest, de l’Atlantique au Pacifique, mais ce flux était désormais bloqué. Cela a créé un gigantesque détour permanent dans l’Atlantique – le Gulf Stream – qui pousse maintenant les eaux chaudes des tropiques vers le bord de l’Arctique. Le transport de cette chaleur donne maintenant à l’Europe du Nord son climat habituellement chaud. Et comme la chaleur augmente l’évaporation, elle a probablement aussi augmenté les précipitations du nord sous forme de neige. À différents moments du cycle orbital de la Terre, ces précipitations se sont transformées en glaciers, poussant l’hémisphère nord dans la série de grandes périodes glaciaires qu’il a connues au cours des derniers millions d’années. Du côté du Pacifique, les modèles météorologiques ont également changé, avec des eaux profondes le long des côtes occidentales des deux continents qui remontent continuellement, et la domination du modèle cyclique El Niño, dans lequel la surface de l’océan oriental se réchauffe et se refroidit alternativement. El Niño détermine maintenant directement ou indirectement les précipitations, et donc l’agriculture, sur des échelles de plusieurs décennies dans une grande partie de l’Asie, et des deux Amériques.

« Les roches, notre champ d’étude, c’est tellement étroit », dit Gazel. « Mais cela nous aide aussi à comprendre beaucoup de choses sur la biologie et le climat de la terre. »

L’isthme de Panama n’est pas unique. Ailleurs, d’autres ponts terrestres sont apparus et ont disparu. Le détroit de Béring, qui sépare actuellement l’Alaska et la Sibérie, a périodiquement été le pont terrestre de Béring, lorsque les périodes glaciaires enfermaient une grande partie de l’eau de la terre dans la glace, abaissant ainsi le niveau des mers. C’est peut-être par cette voie que les humains et d’autres créatures ont pénétré sur le continent américain. À l’époque où le niveau des mers était plus bas, d’autres ponts, aujourd’hui disparus, reliaient la Grande-Bretagne à l’Europe continentale, le Sri Lanka à l’Inde et certaines parties de l’Indonésie ou de l’Australie à l’Asie. La péninsule du Sinaï en Égypte relie aujourd’hui l’Afrique et l’Eurasie, mais cela n’a pas toujours été le cas ; ces continents étaient autrefois séparés, et le seront peut-être à nouveau un jour.

Le Panama reste un carrefour à tous points de vue. Lorsque les Espagnols sont arrivés au début des années 1500, ils l’ont rapidement catalogué comme l’endroit étroit entre deux grands océans, et l’ont utilisé comme tremplin pour envahir les Amériques occidentales. Ils ont parlé d’un canal dès 1524, mais ne l’ont jamais réalisé. Après la découverte de l’or en Californie en 1849, une voie ferrée traversant l’isthme a transporté des migrants vers l’ouest. Les Français ont essayé de construire un canal dans les années 1880, mais ont été arrêtés par la malaria et les glissements de terrain. Grâce à la prise de contrôle par les États-Unis, le canal de Panama, long de 45 miles, a été achevé en 1914 et constitue toujours une route commerciale essentielle. En tant que point charnière entre les deux grands continents, le Panama (ainsi que le Costa Rica) maintient une réserve de biodiversité hors norme : des centaines d’espèces de reptiles et d’amphibiens, au moins 950 espèces d’oiseaux, et des migrations annuelles légendaires d’oiseaux et de tortues de mer sur la péninsule d’Azuero et les zones environnantes.

Le canal de Panama a été une aubaine pour les géologues, qui ont glané nombre de leurs connaissances originales sur l’histoire de la région à partir des roches exposées par les fouilles. Aujourd’hui, un canal encore plus grand est en train d’être creusé à côté, et les chercheurs s’y rendent à nouveau. Mais pour l’instant, Gazel et Class préfèrent la péninsule d’Azuero, plus sauvage et plus éloignée. « Il est fondamental pour nous de venir ici pour essayer de lire les roches, dit Gazel. « J’aime aussi la nature. Il ne reste pas beaucoup d’endroits où l’on peut s’éloigner de la civilisation comme ça. »

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