Les modèles de dunes révèlent des changements environnementaux sur Terre et sur d’autres planètes

Maintenant, les chercheurs de Stanford ont trouvé un moyen d’interpréter la signification de ces modèles. Leurs résultats, publiés dans Géologie 1er août, peut être utilisé comme un nouvel outil pour comprendre les changements environnementaux sur tout corps planétaire qui abrite des dunes, y compris Vénus, la Terre, Mars, Titan, Io et Pluton.

“Lorsque vous regardez d’autres planètes, tout ce que vous avez, ce sont des images prises à des centaines, voire des milliers de kilomètres de la surface. Vous pouvez voir des dunes, mais c’est tout. Vous n’avez pas accès à la surface”, a déclaré l’auteur principal de l’étude. Mathieu Lapôtre, professeur adjoint de sciences de la Terre et des planètes à la Stanford Doerr School of Sustainability. “Ces découvertes offrent un nouvel outil vraiment passionnant pour déchiffrer l’histoire environnementale de ces autres planètes pour lesquelles nous n’avons aucune donnée.”

Les scientifiques ont analysé des images satellites de 46 champs de dunes sur Terre et Mars et ont étudié comment les dunes interagissent ou échangent du sable. Physiquement, les interactions des dunes se manifestent par des endroits où les lignes de crête de deux dunes se rapprochent l’une de l’autre. Grâce à ces interactions, les dunes évoluent vers un modèle exempt de défauts, reflétant un état d’équilibre avec les conditions locales. Ainsi, les chercheurs ont émis l’hypothèse qu’un nombre élevé d’interactions, à leur tour, doivent signaler des changements récents ou locaux dans ces conditions aux limites. Pour tester leur hypothèse, ils ont utilisé des données de la Terre et de Mars pour vérifier comment les changements connus des conditions environnementales, tels que la direction du vent ou la quantité de sable disponible, affectaient les interactions des dunes dans les champs de dunes.

Trouver un motif

Dans une partie du désert chinois de Tengger, des chercheurs ont un jour aplani un champ de dunes pour avoir une base de référence pour comprendre sa reformation ultérieure. Les auteurs de l’étude ont analysé des images satellites du champ de dunes de 2016 à 2022 pour voir comment il est passé d’un lit plat à de grandes dunes en équilibre avec leur environnement.

“Lorsque les dunes et leurs modèles n’étaient pas en équilibre avec leurs conditions actuelles, la densité d’interaction était élevée et, au fil du temps, nous pouvions la voir diminuer de manière constante, comme prévu par notre hypothèse”, a déclaré Lapôtre.

Ensuite, ils ont étudié les dunes migrant à travers une vallée du désert du Namib pour voir comment les changements dans les conditions de vent, déclenchés par la topographie, avaient un impact sur les modèles de dunes. Ils ont constaté que les dunes à l’extérieur de la vallée présentaient peu de défauts dans leurs motifs, mais au fur et à mesure qu’elles migraient dans la vallée – qui commence très large, puis se rétrécit, puis s’élargit à nouveau – les dunes interagissaient davantage les unes avec les autres.

“Alors que le sable et les vents sont canalisés dans la vallée, les dunes ressentent un changement dans leurs conditions aux limites et leur modèle doit s’ajuster”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Colin Marvin, doctorant en sciences de la Terre et des planètes. “Ils se déplacent dans la partie à l’extérieur de la vallée et ils se réadaptent à nouveau à leurs conditions non confinées, et nous constatons une baisse du nombre d’interactions. Cette tendance est exactement ce que nous nous attendions à voir.”

Ils ont également découvert que ce modèle était vrai sur Mars, où un grand champ de dunes se produit autour du pôle nord. Là, les dunes en migration se sont installées dans leurs conditions actuelles — elles sont bien espacées, elles se ressemblent, elles ont la même taille — et à cause de cela, elles interagissent très peu les unes avec les autres. Mais plus loin sous le vent, les vents deviennent plus variables et le gel rend localement plus difficile l’envol des grains. Là, les dunes réagissent à ce changement jusqu’à ce qu’elles aient migré suffisamment loin dans ces nouvelles conditions pour que leur modèle ait à nouveau mûri, diminuant le nombre d’interactions avec les dunes.

Tester l’outil

“Nous avons une limite supérieure sur le temps qu’il faut à une dune donnée pour s’adapter aux changements des conditions environnementales, et c’est le temps qu’il faut à une dune pour migrer d’une distance d’une longueur de dune”, a déclaré Marvin. “Nous pouvons l’utiliser pour diagnostiquer les changements récents des conditions environnementales sur les corps planétaires où nous n’avons aucune information autre que des images prises depuis l’orbite ou le radar par exemple.”

Comprendre le climat récent de Mars en analysant les modèles de dunes actuels pourrait éventuellement aider les scientifiques à mieux identifier, par exemple, les latitudes et la profondeur où les futurs astronautes pourraient être en mesure de trouver de la glace d’eau dans le sous-sol, a ajouté Lapôtre. L’étude informe également les experts sur la mécanique des dunes sur Terre, ce qui peut les aider à mieux interpréter les archives rocheuses de la Terre, et donc le passé lointain de notre planète. Sur Titan, la lune de Saturne, cette approche pourrait révéler des informations sur la topographie autour de l’équateur et des tropiques, près de l’endroit où la mission Dragonfly va atterrir au milieu des années 2030.

“La topographie peut vous dire beaucoup de choses différentes ; par exemple, l’histoire géologique de la planète : Titan a-t-il une tectonique ? Comment fonctionne l’intérieur de Titan, et comment est-il couplé avec la surface ? Y a-t-il une érosion importante ?” dit Lapôtre. “Les interprétations des modèles de dunes pourraient déclencher une sorte de réaction en chaîne, où vous fournissez une nouvelle contrainte, et il sera utile à un groupe de personnes de faire un tas de découvertes sur toute la ligne.”

Étant donné que les autres planètes ont des tailles, des gravités, des températures et des compositions différentes, leurs processus géologiques seront différents. Par rapport à un rover qui atterrit sur un point d’une planète pour collecter des informations, les données satellitaires de champs de dunes entiers peuvent considérablement augmenter la compréhension des scientifiques de ces corps extraterrestres et comment ils peuvent éclairer notre compréhension de la Terre.

“Si nous voulons comprendre ce qui s’est passé dans le passé, ou si nous voulons prédire ce qui se passera dans le futur, c’est difficile à faire quand tout ce que vous avez pour créer ces modèles est un point de données, ou juste une planète”, a déclaré Lapôtre. . “En fin de compte, ce type d’informations nous permet de faire de bien meilleures interprétations du passé de la Terre et également des prédictions de l’avenir de la Terre.”

Les co-auteurs de l’étude sont de l’Université Monash, de l’Université de Californie à Los Angeles et du Southwest Research Institute. La recherche a été soutenue par une subvention de démarrage du National Center for Airborne Laser Mapping et en partie par la NASA.