Une mystérieuse série de cratères explosifs a émergé en Sibérie, passionnant les scientifiques. Un groupe de chercheurs a récemment dévoilé le mécanisme physique sous-jacent à ces formations impressionnantes, qui pourraient avoir des implications considérables sur notre écosystème. Découvrez comment le changement climatique exacerbe ce phénomène intrigant.
En analysant le sol de la Sibérie, des chercheurs ont enfin compris le mécanisme physique qui génère de gigantesques et mystérieux cratères explosifs dans le sol, apparus depuis environ 10 ans dans la toundra des péninsules de Yamal et Gydan. Comment se forment-ils et pourquoi sont-ils considérés comme dangereux ?
Un cratère dans la péninsule de Yamal.
Depuis 2014, de mystérieux et gigantesques cratères explosifs sont apparus dans la toundra sibérienne, avec un diamètre et une profondeur atteignant parfois des dizaines de mètres. Ces phénomènes sont étroitement associés au pergélisol dans le sous-sol et à la libération de méthane (CH4), dont les niveaux restent élevés près des cratères. Ce gaz naturel, l’un des principaux gaz à effet de serre avec le dioxyde de carbone, se forme et s’accumule dans le sol grâce à la décomposition de matière organique par des microorganismes vivant dans des environnements dépourvus d’oxygène.
On pense depuis longtemps que les explosions dans les froides péninsules russes de Yamal et Gydan sont liées au changement climatique, qui fait fondre la glace, permettant ainsi l’évasion de gaz pouvant exacerber la crise climatique. Cependant, le seul réchauffement du pergélisol ne suffit pas à expliquer les explosions si violentes qu’elles projettent des matériaux à des centaines de mètres de l’épicentre. Actuellement, grâce à une nouvelle étude, les scientifiques ont enfin éclairci le mécanisme qui génère ces phénomènes fascinants mais dangereux.
La recherche sur l’origine des cratères explosifs en Sibérie a été menée par une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l’Université de Cambridge, qui ont collaboré avec leurs collègues de l’Institut Andalou de Sciences de la Terre de l’Université de Grenade. Les chercheurs, coordonnés par la professeure Ana M. O. Morgado, ont déterminé qu’une réaction chimique n’est pas à l’origine des explosions, mais plutôt un processus physique. “Il n’y a que deux manières d’avoir une explosion. Soit il y a une réaction chimique comme celle de la dynamite qui explose, soit on gonfle le pneu d’un vélo jusqu’à ce qu’il éclate : c’est de la physique”, a déclaré le Dr Julyan Cartwright, géophysicien et co-auteur de l’étude.
Grâce à des études approfondies du sol de la toundra sibérienne, ils ont identifié la “pompe” qui, métaphoriquement, gonfle le pneu du vélo et provoque l’explosion. Il s’agit de l’osmose, un processus physique visant à équilibrer des solutions avec des concentrations différentes, déclenché par le changement climatique et les particularités du sol de Yamal et Gydan, marquées par une couche profonde de pergélisol et une couche supérieure appelée “couche active”, qui gèle et dégèle périodiquement avec les saisons.
Le pergélisol des deux péninsules est argileux, atteint jusqu’à 300 mètres d’épaisseur et, comme l’expliquent les auteurs de l’étude, “agit comme une barrière osmotique”, influencée par les effets du changement climatique. Dans le pergélisol, il existe des couches d’eau de près d’un mètre qui ne gèlent pas à cause de leur salinité élevée et de la pression exercée par la couche active. Ces couches sont appelées criopeg. En dessous, se trouvent des cristaux de méthane et d’eau appelés hydrates de méthane, maintenus stables grâce à la pression et à la température. C’est précisément la libération de méthane de ces cristaux qui provoque les explosions.
En termes simples, la fusion de la glace, catalysée par l’augmentation anormale des températures, augmente la quantité d’eau au-dessus des criopeg, où il n’y a cependant pas d’espace pour l’accueillir. Cela altère le processus d’osmose et la pression, provoquant des fissures allant des criopeg à la couche active jusqu’à la surface. Ce mécanisme engendre un changement soudain de pression en profondeur et une perte de stabilité des hydrates de méthane, entraînant une libération rapide de gaz. C’est cela qui provoque l’explosion et la formation conséquente des gigantesques cratères.
Comment se forment les gigantesques cratères explosifs. Crédit : AGU/Madeline Reinsel
“Il existe des conditions très, très spécifiques qui permettent ce phénomène. Nous parlons d’un espace géologique très niche”, a affirmé la professeure Morgado. Il peut s’écouler plusieurs décennies avant que le processus ne conduise à la formation du cratère. Ce phénomène est jugé dangereux car il peut libérer d’énormes quantités de méthane dans l’atmosphère, qui a un effet de serre beaucoup plus puissant que celui du dioxyde de carbone, même s’il persiste moins longtemps. En d’autres termes, cela pourrait aggraver la grave crise climatique actuelle, conduisant à une augmentation supplémentaire des températures. Les détails de la recherche “L’osmose provoque des explosions et la libération de méthane dans le pergélisol sibérien” ont été publiés dans Geophysical Research Letters.