Le fleuve Colorado aurait stagné dans un ancien lac avant le Grand Canyon

Le fleuve Colorado n’a pas toujours présenté l’aspect de l’immense cours d’eau continu que nous connaissons aujourd’hui. Une nouvelle étude indique qu’avant de creuser le Grand Canyon et d’atteindre le golfe de Californie, il aurait stagné un temps dans un ancien lac situé à l’est du canyon.

Cette étape longtemps dissimulée pourrait avoir constitué le basculement qui l’a transformé en un fleuve capable de relier des écosystèmes dans une grande partie de l’ouest de l’Amérique du Nord.

L’étude a été menée par une équipe comprenant le géologue de l’UCLA John He. Ses travaux contribuent à éclaircir l’un des plus grands chapitres manquants de l’histoire ancienne du fleuve Colorado.

Elle explique comment le fleuve est passé de l’ouest du Colorado, où il existait déjà il y a 11 millions d’années, au Grand Canyon, dont il est sorti pour la première fois il y a environ 5,6 millions d’années.

Les nouvelles données laissent penser que le cours d’eau se déversait dans ce qui est aujourd’hui appelé le lac Bidahochi, sur le territoire actuel de la Nation navajo, avant de poursuivre finalement son chemin vers l’aval et d’atteindre le golfe de Californie il y a environ 5 millions d’années.

Un mystère de longue date

Les chercheurs savaient depuis longtemps que le fleuve existait sous une forme ou une autre dans l’ouest du Colorado il y a des millions d’années, et qu’il s’écoulait hors du Grand Canyon vers 5,6 millions d’années. En revanche, déterminer précisément ce qui s’était produit entre ces deux périodes s’est révélé bien plus difficile.

Cette portion absente de son histoire est importante, car elle couvre environ cinq millions d’années.

Au cours de cette période, le fleuve a nécessairement dû se frayer un passage à travers un relief difficile et devenir le système à l’échelle continentale qui a ensuite façonné le canyon et transporté l’eau jusqu’à la mer.

« D’une certaine manière, on peut vraiment considérer cela comme la naissance du fleuve Colorado tel que nous le connaissons aujourd’hui », a déclaré He.

« Il y a des rivières partout, mais un fleuve qui transporte de l’eau et des sédiments à travers le continent relie la vie dans toute la région, et l’ensemble de l’écosystème a probablement changé à la suite de l’arrivée du fleuve Colorado dans le bassin. »

Le lac Bidahochi, à l’est du Grand Canyon

Les nouveaux travaux suggèrent qu’avant que le fleuve Colorado ne traverse le Grand Canyon, il se jetait dans un lac situé juste à l’est.

Ce lac, nommé lac Bidahochi, constitue depuis longtemps une énigme géologique en lui-même : la majeure partie de ses dépôts a été érodée, et les scientifiques ignorent donc quelle était autrefois son étendue exacte.

La nouvelle étude établit plus nettement que le fleuve Colorado alimentait ce bassin il y a environ 6,6 millions d’années. Si cette interprétation est correcte, le fleuve a pu s’y accumuler pendant un temps avant de déborder et de poursuivre son trajet vers l’aval.

Les géologues ont avancé de nombreuses explications possibles pour comprendre comment le Colorado a franchi l’arc de Kaibab, une zone élevée du nord de l’Arizona et du sud de l’Utah qui se serait dressée sur son passage.

Plusieurs mécanismes à l’œuvre

Selon une théorie, le débordement d’un lac aurait joué ce rôle : le fleuve remplissait un bassin, le niveau du lac montait, puis l’eau finissait par trouver une issue vers ce qui deviendrait le Grand Canyon.

« Les géologues ont proposé plus d’une douzaine d’hypothèses concernant la formation du canyon et le trajet du fleuve Colorado », a indiqué le coauteur John Douglass, géologue au Paradise Valley Community College.

« D’autres processus, comme le drainage karstique, qui implique le transport de l’eau à travers la roche, et l’érosion régressive, ont également pu contribuer à l’établissement du cours du fleuve », a ajouté l’auteur correspondant Ryan Crow, de l’Institut d’études géologiques des États-Unis.

« Certains tronçons ont probablement été nouvellement creusés, tandis que d’autres ont été considérablement approfondis par le réseau intégré du fleuve Colorado pendant des millions d’années. »

Le scénario qui se dessine n’est donc pas celui d’un événement unique au cours duquel tout se serait soudainement mis en place. Il s’agit plus vraisemblablement d’une histoire où plusieurs mécanismes ont agi ensemble, le débordement du lac ayant joué un rôle essentiel.

De minuscules cristaux, de grands indices

La percée est venue du grès et des minéraux microscopiques qu’il renferme. Les chercheurs ont d’abord étudié sur le terrain les dépôts résiduels du lac Bidahochi afin de préciser l’origine des sédiments accumulés dans cet ancien lac.

Pour y répondre, He s’est intéressé aux zircons, de minuscules cristaux présents dans les sédiments qui fonctionnent un peu comme des repères temporels géologiques.

Comme les zircons se forment dans un magma en refroidissement et conservent leurs signatures chimiques pendant des périodes immenses, ils peuvent révéler la provenance initiale des sédiments.

Les géologues les étudient au moyen d’une méthode appelée géochronologie des zircons détritiques. En mesurant les isotopes d’uranium et de plomb dans des centaines de grains de zircon issus d’un échantillon, les chercheurs peuvent estimer l’âge de ces cristaux et les associer à des roches sources connues.

La configuration globale, appelée signature détritique, permet ensuite de retracer l’histoire d’un dépôt sédimentaire.

« Les zircons comptent parmi les plus anciens fragments de notre Terre », a déclaré He. « Ils sont comme de petites capsules temporelles et, en examinant l’âge et la signature géochimique des zircons, nous pouvons déterminer l’origine d’un sédiment transporté par un fleuve. »

Lorsque He a analysé les échantillons du lac Bidahochi, il a constaté un résultat surprenant. Leur signature en zircons ressemblait étroitement à celle de sédiments dont on savait déjà qu’ils avaient été transportés par le fleuve Colorado ancestral.

Le lien entre le fleuve et le lac

L’équipe a comparé des milliers de zircons provenant des grès de Bidahochi à des zircons issus d’autres dépôts connus du fleuve Colorado, en amont comme en aval.

Les sédiments déposés dans le lac Bidahochi il y a environ 6,6 millions d’années ressemblaient fortement aux dépôts de sites tels que la formation de Browns Park, en Utah et au Colorado, associés au fleuve Colorado ancestral.

En outre, des couches rocheuses de la même période présentaient des ondulations laissées par un fleuve puissant entrant dans une étendue d’eau calme. Des fossiles de grands poissons liés à des rivières à courant rapide y ont également été découverts.

Réunis, ces éléments de preuve conduisent à la même conclusion : le fleuve Colorado alimentait déjà le bassin de Bidahochi en eau et en sédiments avant de déborder finalement et de commencer à s’écouler dans le Grand Canyon.

Ce débordement a, à son tour, préparé le terrain pour le puissant réseau fluvial qui allait approfondir une grande partie du canyon et finir par atteindre le golfe de Californie.

Déchiffrer une histoire à moitié cachée

Le Grand Canyon est l’un des paysages les plus célèbres de la planète, mais son histoire continue d’être reconstituée pièce par pièce.

Les géologues débattent depuis longtemps de la date exacte de formation du canyon et de la part qui a été creusée par le fleuve Colorado. Cette étude ne tranche pas tous les débats, mais elle rend le récit plus complet.

« Je pense qu’il y a quelque chose d’unique et de troublant lorsque l’histoire de la planète se déploie sous nos yeux, mais que nous ne pouvons pas la lire entièrement. Nous avons toujours su que le Grand Canyon était là, cette immense muraille rocheuse, mais nous apprenons chaque jour davantage sur sa formation », a déclaré He.

Pourtant, si le canyon a toujours semblé immuable, le fleuve qui a contribué à le façonner a connu un commencement bien plus chaotique que ne le laisse croire le paysage achevé. Et ce n’est que maintenant, grain après grain, que cette histoire réapparaît.

La recherche est publiée dans la revue Science.