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Des explorateurs robotiques découvrent les origines anciennes inattendues d’étranges formations du fond marin

SciTechDaily

Des recherches récentes du MBARI ont découvert que les grandes dépressions du fond marin au large de la Californie centrale, connues sous le nom de champ Sur Pockmark, sont entretenues par des flux gravitaires de sédiments plutôt que par des éruptions de méthane. Ces informations sont essentielles pour guider la gestion des fonds marins et les évaluations des sites de parcs éoliens offshore. Crédit : Issues.fr.com

Les données des robots sous-marins avancés de MBARI indiquent que l'érosion lors des écoulements intermittents de sédiments est le mécanisme qui maintient ces dépressions circulaires pendant des centaines de milliers d'années.

Des recherches récentes menées par le Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) ont révélé que les flux de sédiments, plutôt que les éruptions de méthane, sont responsables du maintien de grandes dépressions circulaires connues sous le nom de grêles sur le fond marin au large de la Californie centrale. Cette étude, réalisée en collaboration avec le United States Geological Survey (USGS) et l'Université de Stanford, a été publiée aujourd'hui (21 mai) dans le Journal de recherche géophysique : Surface de la Terre. Les résultats sont cruciaux pour orienter les décisions concernant la gestion et l'utilisation responsables des fonds marins de Californie, y compris l'évaluation des sites pour les prochains projets de parcs éoliens offshore.

Présentation de Sur Pockmark Field

Le champ Sur Pockmark, situé au large de Big Sur, en Californie, s'étend sur une superficie comparable à la ville de Los Angeles et comprend plus de 5 200 de ces dépressions circulaires. Chaque dépression mesure environ 200 mètres (656 pieds) de diamètre, soit environ deux terrains de football, et cinq mètres (16 pieds) de profondeur. Auparavant, des études menées dans d'autres régions du monde suggéraient que de telles dépressions du fond marin étaient formées et entretenues par le méthane bouillonnant à travers les sédiments. Cependant, avec les projets de construction de parcs éoliens dans les eaux au large de la Californie centrale, des inquiétudes sont apparues quant à l'impact potentiel du méthane sur la stabilité des fonds marins.

Bathymétrie du fond marin du champ Sur Pockmark au large de la Californie centrale

De nouvelles recherches sur un champ de pockmarks – de grandes dépressions circulaires sur le fond marin – au large de la Californie centrale ont révélé que de puissants flux de sédiments, et non des éruptions de méthane, maintiennent ces formations préhistoriques. Ce travail réalisé par une équipe de chercheurs du MBARI, de l'USGS et de l'Université de Stanford fournit des informations importantes pour guider la prise de décision concernant l'utilisation et la gestion responsables des fonds marins au large de la Californie, y compris les évaluations de sites pour le développement de parcs éoliens offshore. Crédit : © 2019 MBARI

Méthodologie et résultats de recherche

Les données collectées par les chercheurs de MBARI et leurs collaborateurs n'ont trouvé aucune trace de méthane sur ce site. Au lieu de cela, l’équipe de recherche a proposé que les flux gravitationnels de sédiments – semblables à une avalanche de boue, de sable et d’eau se déplaçant le long du fond marin – qui se produisent par intermittence dans cette région depuis des centaines de milliers d’années maintiennent ces formations du fond marin.

« Il reste de nombreuses questions sans réponse sur le fond marin et ses processus », a déclaré Eve Lundsten, technicienne de recherche principale au MBARI, qui a dirigé ces travaux. « Cette recherche fournit des données importantes sur les fonds marins aux gestionnaires de ressources et à d'autres personnes envisageant des sites offshore potentiels pour les infrastructures sous-marines afin de guider leur prise de décision. »

L'équipe de recherche a déployé les robots sous-marins avancés de MBARI pour étudier le champ Sur Pockmark. Premièrement, des véhicules sous-marins autonomes (AUV) – des robots autoguidés en forme de torpille – ont cartographié la région. Les cartes précédentes du fond marin étaient collectées par un sonar monté sur des navires, mais la distance entre la surface de l'océan et le fond marin aboutissait à des données à faible résolution. Les AUV peuvent se rapprocher du fond marin pour visualiser le terrain en dessous avec beaucoup plus de détails. Les AUV de cartographie des fonds marins de MBARI étaient également dotés d'une technologie permettant de profiler les couches de sédiments situées sous le fond marin.

Avancées technologiques dans la cartographie des fonds marins

Ces cartes ont ensuite guidé l'échantillonnage avec le véhicule télécommandé (ROV) de MBARI. Doc Ricketts. Exploité par l'équipe de recherche dans la salle de contrôle à bord d'un navire de recherche MBARI, le ROV Doc Ricketts Nous avons collecté des échantillons de sédiments pour reconstituer l'historique des marques individuelles.

Ces marques sont situées sur la marge continentale, une section dynamique du fond marin qui relie le plateau continental relativement peu profond aux eaux profondes. Les flux gravitaires de sédiments peuvent déplacer des quantités massives de matériaux à travers cette région de manière intermittente. Les données et les échantillons collectés par la technologie MBARI ont aidé l’équipe de recherche à reconstituer l’historique des mouvements de sédiments sur cette partie du fond marin.

L’équipe a trouvé plusieurs couches de dépôts sableux, appelés turbidites, dans les échantillons de sédiments prélevés dans les pockmarks et dans les images du sous-fond du champ de pockmarks. Ces dépôts indiquent que d'importants écoulements gravitaires de sédiments dans la région se sont produits de manière intermittente au cours des 280 000 dernières années au moins. Ces flux gravitationnels de sédiments semblent provoquer une érosion au centre de chaque marque, maintenant ainsi ces caractéristiques morphologiques sous-marines uniques au fil du temps.

« Nous avons collecté une quantité massive de données, ce qui nous a permis d’établir un lien surprenant entre les pustules et les écoulements gravitaires des sédiments. Nous n'avons pas pu déterminer exactement comment ces marques se sont initialement formées, mais grâce à la technologie sous-marine avancée de MBARI, nous avons acquis de nouvelles connaissances sur comment et pourquoi ces caractéristiques ont persisté sur le fond marin pendant des centaines de milliers d'années », a déclaré Lundsten.

Contexte mondial et recherches futures

Des marques sur les fonds marins ont été trouvées ailleurs dans le monde. À ces endroits, des marques ont été associées à la libération de méthane ou d’autres fluides du fond marin. Les bulles de méthane pourraient potentiellement rendre le fond marin instable, ce qui pourrait présenter des risques pour les structures situées sur le fond marin, comme les ancrages des éoliennes offshore. En octobre 2018, le Bureau américain de gestion de l'énergie océanique (BOEM) a annoncé des zones au large de la Californie centrale pour la location potentielle d'énergie éolienne. MBARI a rapidement décidé de mener cette recherche pour répondre à des questions critiques sur la stabilité des fonds marins afin de guider le développement de l'énergie éolienne offshore en Californie.

« Le développement des énergies renouvelables est essentiel pour parvenir aux réductions spectaculaires des émissions de dioxyde de carbone nécessaires pour prévenir de nouveaux changements climatiques irréversibles. Cependant, il reste encore de nombreuses questions sans réponse sur les impacts environnementaux possibles du développement de l’énergie éolienne offshore », a déclaré Chris Scholin, président-directeur général de MBARI. « Cette recherche est l'une des nombreuses façons dont les chercheurs du MBARI répondent à des questions fondamentales sur notre océan pour aider à éclairer les décisions sur la façon dont nous utilisons les ressources marines. »

Conclusions

Grâce aux efforts considérables de MBARI, USGS, BOEM et NOAA dans le cadre de l'interagence Expansion de la recherche et de l'exploration des systèmes immergés dans le Pacifique (EXPRESS) campagne de recherche coopérative, le champ Sur Pockmark est aujourd'hui l'une des zones de fonds marins les mieux étudiées de la côte ouest de l'Amérique du Nord. Cependant, il reste encore de nombreuses questions à répondre à propos de ces marques, notamment sur la manière dont ces caractéristiques se sont initialement formées il y a des centaines de milliers d'années.

Arrière-plan

Les fonds marins jouent un rôle écologique et sociétal important. Il fournit un habitat vital à la vie marine et soutient nos infrastructures modernes. Cependant, nous avons encore beaucoup à apprendre sur les processus des fonds marins. MBARI a un programme de recherche actif qui utilise des robots avancés pour étudier et cartographier le fond marin au large de la Californie centrale. L'équipe des processus de marge continentale de MBARI, dirigée par le scientifique principal Charlie Paull, étudie comment la morphologie de la marge continentale, là où le plateau continental passe à la plaine abyssale, est sculptée et modifiée au fil du temps.

Le champ Sur Pockmark est situé au large de Big Sur, en Californie, le long de la marge continentale, à une profondeur de 500 à 1 500 mètres (environ 1 600 à 5 200 pieds). Certaines de ces marques ont été initialement découvertes par les scientifiques du MBARI en 1998 lors d'une étude du fond marin à l'aide d'un sonar multifaisceau embarqué. Des enquêtes supplémentaires sur les navires menées par les collaborateurs de MBARI à l'USGS et à la NOAA en 2018 ont montré que les marques s'étendent vers le sud dans la région au large de Morro Bay. Ces levés ont révélé plus de 5 200 pockmarks répartis sur 1 300 kilomètres carrés (500 miles carrés), faisant de cette zone le plus grand champ de pockmarks connu en Amérique du Nord.

Le fond marin au large de cette partie isolée de la côte centrale de la Californie a toujours été l’une des régions les moins étudiées de la marge continentale au large de la côte ouest de l’Amérique du Nord. Au cours des six dernières années, l'équipe des processus de marge continentale de MBARI a travaillé pour comprendre les origines des formations de pockmarks, déterminer si elles sont géologiquement actives et déterminer s'il s'agit de zones d'importance biologique particulière.

Des recherches antérieures menées par MBARI, BOEM et USGS ont examiné les communautés biologiques du champ Sur Pockmark. Cette nouvelle recherche visait à comprendre les processus géologiques qui forment et maintiennent les marques sur le terrain.

L'équipe de recherche a utilisé des AUV cartographiques développés par les ingénieurs du laboratoire de cartographie des fonds marins de MBARI pour visualiser plus en détail une partie du champ Sur Pockmark.

Les relevés bathymétriques effectués par ces robots sous-marins ont cartographié 317 des 5 251 marques à une résolution d'un mètre. À cette résolution fine, il est devenu évident que les marques ont des côtés très lisses et progressivement inclinés. Les marques mesurent en moyenne 156 mètres (512 pieds) de diamètre, sont de forme presque circulaire et assez régulièrement espacées. De plus, les AUV ont été équipés d’un profileur de sous-fond qui utilise le son pour révéler les couches de sédiments sous la surface du fond marin. Les profils Chirp ont capturé des parties du sous-sol sous environ 200 marques sur le site.

Ces levés ont capturé un assortiment de données détaillées sur le fond marin qui ne seraient pas visibles à partir d'une cartographie embarquée avec un sonar multifaisceau. Ces données ont permis un échantillonnage ciblé des marques sur le terrain.

L'équipe Continental Margin Processes a effectué 30 plongées avec deux des ROV de MBARI pour examiner de plus près 21 marques sur le terrain. L’équipe a enregistré 185 heures de séquences vidéo du fond marin à l’intérieur et à côté des grêles. Le ROV de MBARI Doc Ricketts Nous avons également collecté 107 vibracores (un noyau de sédiment de 1,5 mètre (cinq pieds) délogé dans un tube métallique par des vibrations à haute fréquence) et 433 pushcores (un échantillon de sédiment moins profond de 24 centimètres (9,4 pouces)) à l'intérieur et autour de cinq des marques.

Une croisière USGS sur le navire de recherche M/V Horizon audacieux en 2019, nous avons collecté des noyaux de piston et de gravité plus profonds jusqu'à 7,5 mètres (25 pieds) de longueur. Les noyaux de piston ont été prélevés à l'intérieur des marques et sur des sites de fond adjacents mais à l'extérieur des marques à des fins de comparaison.

Il est important de noter que l’équipe de recherche n’a trouvé aucune trace de méthane dans les échantillons ou les données collectées. Au lieu de cela, les profils souterrains et les échantillons de sédiments ont indiqué que les marques contiennent une alternance de couches de sédiments fins et grossiers.

Les dépôts sableux, ou turbidites, ont été la clé pour découvrir l’histoire surprenante des écoulements gravitaires massifs de sédiments traversant toute la région. Les sédiments fins sur le fond marin se sont déposés lentement au fil du temps, puis d'importants flux gravitaires intermittents de sédiments ont laissé une couche caractéristique de sable grossier. Il semble que ces coulées érodent les centres des marques, laissant derrière elles des dépôts sableux sur plusieurs marques dans la région en même temps.

Les scientifiques n’ont commencé que récemment à comprendre les schémas d’érosion et de dépôt dus aux écoulements gravitaires de sédiments dans les canyons et canaux sous-marins. Le champ Sur Pockmark est bordé par deux canaux : le canal Lucia Chica au nord et le canal San Simeon au sud, mais il s'agit par ailleurs d'un terrain large et ouvert.

On ignore encore exactement comment les courants et les sédiments se déplacent sur la surface alvéolée du champ Sur Pockmark. Cependant, l'équipe de recherche a proposé que la morphologie unique du fond marin dans cette zone puisse créer des modèles d'écoulement qui érodent les centres des marques. Dans cette région, les écoulements gravitaires de sédiments sont épisodiques et se produisent à des dizaines de milliers d’années d’intervalle. La dernière remonte à environ 14 000 ans. Une modélisation informatique sera nécessaire pour confirmer si un écoulement non confiné traversant le champ de pustules transporte suffisamment d'énergie pour éroder et maintenir les pustules.

Le financement de ce travail a été assuré par la Fondation David et Lucile Packard, BOEM et USGS.

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