Le lac Turkana, au nord du Kenya, est souvent appelé le berceau de l’humanité. Abritant certains des premiers hominidés, son bassin riche en fossiles a aidé les scientifiques à reconstituer l'histoire de l'évolution humaine. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Syracuse et de l'Université d'Auckland révèlent que l'histoire géologique du lac pourrait être tout aussi importante que son histoire anthropologique.
Leurs conclusions, publiées dans Rapports scientifiquesmontrent que les changements du niveau des lacs induits par le climat ont influencé l'activité des failles et la production de magma dans la vallée du Rift en Afrique de l'Est, remettant en question la croyance de longue date selon laquelle le rifting continental est régi uniquement par des processus terrestres solides.
« La fragmentation des continents (« rifting ») est généralement considérée comme un processus fondamentalement ancré dans la tectonique des plaques », explique Chris Scholz, professeur de sciences de la Terre à l'université de Syracuse et co-auteur de l'étude. « Nos recherches montrent que le rift est également façonné par des processus de surface, notamment le climat régional. »
L'auteur principal, James Muirhead, maître de conférences à l'Université d'Auckland, souligne les implications de l'étude pour la compréhension de l'évolution humaine. « Ce travail révèle un contexte environnemental complexe dans le paysage occupé par les premiers hominidés, les premiers humains modernes et les membres récents de notre espèce », explique Muirhead, qui a mené une grande partie de la recherche et de l'analyse en tant qu'associé postdoctoral dans le laboratoire de Scholz à Syracuse.
Le climat et la croûte
La formation du lac Turkana est une histoire de forces tectoniques, d'éruptions volcaniques et de changements climatiques. Il y a environ 2,2 à 2,0 millions d'années, l'activité volcanique a bloqué l'exutoire naturel du bassin, formant le lac Lorenyang, qui a finalement évolué pour devenir le lac Turkana. Au fil des millénaires, les fluctuations des régimes climatiques ont provoqué des changements spectaculaires dans le niveau des lacs, s'élevant parfois de plus de 350 pieds plus haut qu'aujourd'hui. Ces changements, ont découvert les chercheurs, ont eu un effet profond sur la croûte terrestre.
« Les niveaux d'eau du lac Turkana reflètent » l'hydroclimat « régional et, pendant les périodes plus humides, il y a environ 9 600 à 5 300 ans, le lac était plusieurs centaines de pieds plus haut qu'aujourd'hui », explique Scholz. « Nous avons constaté que les failles glissaient plus rapidement et que davantage de magma était produit sous les volcans régionaux lorsque le lac était plus bas. »
Selon Muirhead, cela est dû au fait que pendant les périodes plus sèches où le niveau des lacs est plus bas, moins de poids d'eau s'exerce sur la surface de la Terre, réduisant ainsi la pression dans la croûte. « Ces changements de pression entraînent une fonte accrue dans les régions chaudes situées au plus profond de la Terre et rendent également plus probables les failles ou les tremblements de terre », explique-t-il.
Travail de terrain dans la faille
Des chercheurs du Département des sciences de la terre et de l'environnement (EES) de Syracuse ont mené des travaux sur le terrain à Turkana, un environnement extrêmement difficile. « Les conditions sur le lac Turkana, dans la partie nord du rift kenyan, étaient parmi les plus difficiles que notre équipe ait rencontrées dans le monde », explique Scholz. « Le lac est le plus grand du monde dans un désert, se trouve dans l'un des endroits les plus venteux d'Afrique et est extrêmement isolé. »
L'équipe a transporté ses navires de recherche par voie terrestre jusqu'au lac Turkana et a effectué des enquêtes et des échantillonnages avec un soin méticuleux, car il n'y a pas d'opérations de garde côtière ou de sauvetage maritime disponibles sur le lac. Malgré les obstacles logistiques, leurs efforts ont porté leurs fruits : ils ont réussi à collecter des données souterraines sur 27 failles sous le lac. Ces analyses de failles à haute résolution, note Muirhead, fournissent « sans doute les meilleures estimations des taux d'activité des failles au cours des 10 000 dernières années de tous les bassins de rift du système de rift d'Afrique de l'Est ».
Les données ont révélé que les lignes de faille se déplaçaient plus rapidement et que davantage de magma était produit pendant les périodes plus sèches, lorsque les niveaux des lacs étaient plus bas. Cette découverte concorde avec des études similaires menées dans des endroits comme l'Islande et l'ouest des États-Unis, où la perte de glace glaciaire alourdissant la surface de la Terre a été liée à une activité tectonique accrue.
« Ce qui était surprenant, c'est à quel point le taux de failles peut changer en raison de quelques centaines de mètres de changement du niveau du lac », explique Muirhead. « Cela est probablement dû au fait que la fonte des roches et la génération de magma sous le rift renforcent encore la réponse tectonique à ces changements de niveau des lacs. »
Conséquences pour les premiers humains – et pour nous
La recherche offre un aperçu frappant des pressions environnementales auxquelles sont confrontés les premiers ancêtres humains. Durant les phases climatiques plus sèches, ils ont probablement subi une activité volcanique et sismique accrue, qui a remodelé les paysages et affecté l’accès aux ressources vitales comme la nourriture et l’eau.
Aujourd’hui, les implications vont bien au-delà de l’anthropologie. Alors que le changement climatique continue de modifier les systèmes hydrologiques, l’étude suggère que l’activité tectonique et volcanique pourrait également être influencée, même si ces changements se dérouleraient sur des périodes géologiques.
« Le changement climatique, qu'il soit d'origine humaine ou non, aura probablement un impact sur la probabilité d'une future activité volcanique et tectonique en Afrique de l'Est », explique Muirhead. « Cependant, ces changements se produisent à des échelles de temps géologiques plutôt qu'humaines, de sorte que leurs effets seraient subtils et largement imperceptibles au cours d'une seule vie ou même d'une génération à l'autre. »
À court terme, les projections climatiques pour le lac Turkana montrent un changement radical par rapport aux attentes antérieures. Plutôt que de rétrécir, les modèles suggèrent désormais que le lac pourrait s'élever au cours des deux prochaines décennies en raison de l'augmentation des précipitations dans ses affluents, augmentant ainsi le risque d'inondation. Ces changements dans les niveaux d’eau, qu’ils soient dus à des événements naturels ou à l’exploitation anthropique des ressources en eau, pourraient également influencer la dynamique de la pression crustale.
Un nouveau cadre pour l’évaluation des dangers
Les résultats contribuent à un nombre croissant de preuves étayant une vision de la tectonique des plaques par le système terrestre, une vision qui intègre les influences atmosphériques et hydrosphériques, et pas seulement celles situées sous la surface.
« Nous nous dirigeons vers une compréhension plus globale des processus qui déterminent la tectonique des plaques », déclare Muirhead, « et reconnaissons également le rôle de la tectonique des plaques dans le contrôle du climat à long terme et son impact sur la trajectoire évolutive de la vie sur notre planète ».
Ce changement de perspective a des implications concrètes pour l’évaluation des risques et les politiques. Les lignes de faille dans les zones de rift continental peuvent se comporter différemment selon l'état climatique qu'elles connaissent. Muirhead estime que les évaluations futures doivent tenir compte de ces variables.
« Si je faisais une évaluation des risques pour une ligne de faille dans un rift continental comme Turkana », dit-il, « je devrais considérer comment son taux d'activité, et la probabilité d'un tremblement de terre qui en résulte, est affecté par l'état climatique actuel et les volumes d'eau du lac associés. »
Construire un avenir plus sûr
En révélant les liens profonds entre le climat et l'activité tectonique, les recherches de l'équipe contribuent à remodeler la façon dont les scientifiques et les décideurs politiques envisagent les systèmes dynamiques de la Terre. À mesure que le changement climatique continue de se manifester, il sera essentiel de comprendre ces liens pour bâtir des communautés résilientes et se préparer aux défis géologiques de demain.
