Les cônes alluviaux d'Arabie grandissent et se désintègrent avec les cycles orbitaux de la Terre

L'érosion de la topographie terrestre entraîne des sédiments dans les rivières qui coulent à travers les montagnes, les canyons et autres paysages naturellement escarpés du bassin versant. Ces limons, sables et graviers sont transportés de manière variable par suspension dans la colonne d'eau, rebondissant le long du lit de la rivière (saltation) ou roulant des cailloux plus gros (traction). Avec une décélération de la vitesse de l'eau, et donc de la capacité de charge, à mesure que la topographie s'aplatit, ce matériau se dépose en forme d'éventail à l'embouchure de la rivière sur la plaine moins profonde de la rupture de pente, devenant progressivement plus fin avec l'éloignement de la source. .

Les moussons, phénomènes climatiques saisonniers qui provoquent des conditions extrêmement humides et sèches, peuvent avoir un impact sur le développement de cônes alluviaux en augmentant le volume et la vitesse de l'eau pour l'érosion des bassins versants et le transport des sédiments, favorisant ainsi le développement de cônes alluviaux plus grands. Cette aggradation a été liée aux forçages des cycles orbitaux de la Terre dans une nouvelle recherche publiée dans Examens scientifiques du Quaternaire.

Le Dr Sam Woor, de l'Université d'Oxford, et ses collègues ont étudié les cônes alluviaux dans les montagnes arides du Hajar, au sud-est de l'Arabie, s'étendant de 0,01 km² à 10 000 km² et daté du Quaternaire moyen-tardif (jusqu'à il y a environ 770 000 ans). Plus précisément, les scientifiques visaient à déterminer les liens entre la sédimentation du cône alluvial et les régimes de pluie de mousson affectés par des échelles de temps géologiques d'environ 23 000 ans (précession, « oscillation » de l'axe de la Terre) et d'environ 100 000 ans (excentricité, changement entre les orbites circulaires et elliptiques).

L'équipe de recherche a collecté des échantillons sur huit sites répartis dans des cônes de front de montagne (bajadas) et des remplissages de vallées, y compris le canal de Wadi Sahtan près de Rustaq, à Oman, où l'incision de la rivière expose des sédiments fluviaux de 20 m de profondeur, composés de limon jusqu'à de gros cailloux, ainsi que cônes alluviaux près de Dhank et Ibri, tous deux également à Oman, qui s'étendent sur le vaste bassin de l'avant-pays et fusionnent.

En laboratoire, les échantillons ont été traités avec des acides pour éliminer les carbonates et les matières organiques avant d'isoler des grains de quartz moyennement grossiers pour les utiliser dans une technique connue sous le nom de luminescence optiquement stimulée. Ce processus repose sur le signal radioactif des éléments du cristal (tels que l'uranium, le thorium et le potassium) qui s'accumulent une fois que le quartz est enterré et retiré de l'exposition au soleil.

La radioactivité provoque la migration des électrons dans les cristaux de quartz et leur piégeage dans la structure. Lorsque les cristaux sont exposés en laboratoire à une lumière stimulée, les scientifiques peuvent mesurer la lumière qu’ils renvoient et estimer le nombre d’électrons piégés, et donc la quantité de rayonnement à laquelle ils ont été exposés, déterminant ainsi les âges d’aggradation alluviale. Il est important de noter que les scientifiques ont dû garder leurs échantillons à l’abri de l’exposition au soleil pendant la collecte et en laboratoire afin de ne pas réinitialiser ce signal, ce qui a nécessité de travailler dans des conditions de lumière orange.

Le Dr Woor et ses collègues ont déterminé un lien entre la taille des grains et les régimes climatiques, avec des conglomérats grossiers de fragments de roches intégrés dans une matrice plus fine formant d'épais dépôts de plaine inondable typiques des fortes précipitations pendant la mousson d'été de l'océan Indien. Ceux-ci coïncident avec les maxima de précession, ce qui rend les contrastes saisonniers plus extrêmes dans un hémisphère que dans l’autre.

À l'inverse, les échantillons de cônes alluviaux prélevés à des époques d'écoulement éphémère avec du sable fin limoneux, des laminages et des bioturbations d'organismes coïncidaient avec des minimums de précession. Une activité hydrologique soutenue a été identifiée au cours de 10 périodes au cours des 400 000 dernières années, chacune d’entre elles coïncidant globalement avec des pics de précession et d’excentricité.

Le site le plus ancien (OM20/6) de la zone d'échantillonnage était daté d'il y a 300 000 à 370 000 ans, avec des paléosols limoneux (sols anciens) indiquant des inondations saisonnières sur une plaine inondable entrecoupée de conglomérats formant des ruisseaux tressés lors d'événements de débit élevé. Cela coïncide avec une période interglaciaire dans l'hémisphère nord, ainsi qu'avec des enregistrements de spéléothèmes (formations de grottes caractéristiques formées à partir de gisements minéraux d'eau souterraine) dans la grotte de Hoti, à Oman, qui témoignent d'une augmentation des précipitations.

Il y a environ 156 000 ans, le site OM20/12 préservait un conglomérat déposé à partir d'un écoulement fluvial à haute énergie et enregistre une aggradation en éventail. Les prochaines phases d'aggradation du cône alluvial sont enregistrées il y a ~132 000, ~105 000, ~89 000, ~67 000, ~45 000, ~25 000, ~7 000 et ~2 000 ans (avec une incertitude relative moyenne de ±10 700 ans). Les scientifiques suggèrent donc que les conditions arides entre les événements de mousson d'été de l'océan Indien se produisent lors de l'altération physique du paysage, qui est ensuite mobilisée par de fortes pluies lors des événements climatiques et dépose des sédiments à grains plus grossiers dans des cônes alluviaux en constante croissance.

En plus du cycle précessionnel ci-dessus, les périodes interglaciaires sur des cycles de 100 000 ans auraient augmenté la température de la surface de la mer et donc l'abondance de vapeur d'eau dans l'atmosphère s'évaporant de l'océan Indien, augmentant encore les précipitations. La surimpression de ces deux cycles orbitaux a apparemment eu un impact beaucoup plus important sur le climat terrestre, les réseaux de drainage étant incroyablement sensibles, même à de faibles augmentations des précipitations.

Cette recherche offre un aperçu important de la variabilité climatique d'une région aride au cours du Quaternaire et révèle que des facteurs beaucoup plus importants sont en jeu pour avoir un impact sur les conditions environnementales locales.

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