Les sombres secrets des grottes (vidéo)

Les cristaux de la Grotte des Cristaux, à Chihuahua, au Mexique, hébergent des microbes qui vivent dans des conditions extrêmes depuis des milliers d’années

Ces scientifiques étudient les grottes pour en savoir plus sur la géologie, le climat et la vie à des extrêmes – peut-être même dans l’espace.

Les plus gros cristaux sur Terre se trouvent dans une grotte au Mexique, enfouie à 300 mètres sous terre. Le plus gros de ces géants est à peu près aussi long et large qu’un autobus scolaire. Ces cristaux s’entrecroisent dans la caverne. Ils ressemblent à des arbres blancs translucides tombés dans une forêt extraterrestre. Les plus petits se regroupent comme des buissons minéraux sur les murs et le sol.

C’est la grotte des cristaux, et c’est peut-être l’un des plus beaux endroits de la Terre. Ce n’est pas le plus confortable, cependant. Les températures ici montent à 58° Celsius. L’humidité oscille autour de 90 pour cent. Les personnes qui entrent dans la grotte risquent un coup de chaleur. Ils doivent porter des combinaisons de protection juste pour éviter d’étouffer. Des voleurs sont morts en essayant de voler des éclats de cristaux.

La grotte éblouissante peut sembler être le dernier endroit sur Terre où chercher la vie. Mais cela ne semble pas le cas pour Penelope Boston. Elle est spéléologue (SPEE-lee-OL-uh-gizt) – une scientifique qui étudie les grottes. Et sa spécialité est la vie existant dans des environnements extrêmes.

Les scientifiques ont trouvé des organismes dans de nombreux endroits hostiles – certains des sites les plus chauds, les plus froids, les plus sombres, les plus profonds et les plus reculés de la Terre. Pour trouver de tels organismes, cependant, les scientifiques doivent voyager loin et s’aventurer dans des endroits hostiles. Y compris les grottes. 

Certaines grottes ont été creusées par des ruisseaux souterrains. D’autres se sont formés lors de tremblements de terre ou d’activités volcaniques. Désormais, ces sites offrent des fenêtres sur le fonctionnement interne de notre planète. Protégés de la surface, ils changent lentement, voire pas du tout. Et cela préserve une trace du passé et représente l’une des dernières frontières inexplorées de la Terre. Ainsi pour les spéléologues, les grottes sont des laboratoires naturels, pleins de possibilités.

Un endroit difficile à appeler maison

Boston mène des recherches souterraines. Mais elle a commencé par regarder dans la direction opposée : vers l’espace. Elle a toujours voulu savoir si la vie existe sur d’autres planètes. Et elle a toujours voulu aller sur Mars. Au cours de ses études supérieures, elle a aidé à fonder la Mars Society. Cette organisation se consacre à amener les gens sur la planète rouge et à s’y installer. Elle est également une ancienne présidente de l’Association of Mars Explorers, un groupe de scientifiques et d’autres passionnés par l’exploration des « frontières de Mars ». Cela inclut de réfléchir à l’endroit où chercher la vie microscopique sur la planète. (Si les scientifiques trouvent des microbes, ces germes seraient les premiers martiens connus !)

La surface de Mars est froide, sèche et bombardée par le rayonnement solaire. Ce ne serait pas un endroit agréable à vivre. Boston pense qu’un meilleur endroit pour trouver la vie serait sous la surface martienne. Des images d’engins spatiaux en orbite ont révélé des trous à la surface de la planète. Les scientifiques soupçonnent qu’il pourrait s’agir de lucarnes naturelles menant à des cavernes souterraines. Ces images de l’espace montrent également des creux incurvés à la surface de la planète. Ceux-ci ressemblent à des tubes de lave effondrés, qui sont des canaux souterrains formés par l’écoulement de la lave.

Voyager sur Mars pour chercher de la vie dans ces endroits serait difficile. Mais la Terre a aussi des tubes de lave et des grottes. Et ils sont beaucoup plus proches que Mars. Ainsi, des scientifiques comme Boston étudient les extrêmophiles – des organismes qui vivent dans les endroits les plus hostiles de la Terre – pour avoir une idée de ce à quoi pourraient ressembler les Martiens, s’ils existent.

Boston a passé des décennies à rechercher des organismes microscopiques dans des endroits extrêmes. « Au fil des ans, nous avons développé un bon œil pour trouver de genre de choses », dit-elle. C’est pourquoi elle est allée dans cette grotte chaude, humide et spectaculaire au Mexique. Elle se demanda si quelque chose pouvait vivre à l’ intérieur de ces cristaux.

Tous les cristaux, grands ou petits, développent des défauts au fur et à mesure de leur croissance. Ces défauts sont de petites poches. Cependant, certains défauts de la Grotte des cristaux ne sont pas vides. Ils contiennent du liquide. Ces défauts cristallins deviennent de « petites capsules temporelles », dit Boston. Elle pensait que leurs liquides pourraient contenir des fossiles de bactéries mortes depuis longtemps.

Pour le savoir, elle a utilisé une petite perceuse pour atteindre les poches et extraire le fluide. Quand elle a regardé ce liquide au microscope, elle a trouvé des fossiles. Elle a également trouvé des microbes qui posaient quelque chose d’un mystère. Vous voyez, elle ne pouvait pas être sûre qu’ils étaient réellement morts.

Alors qu’elle travaillait dans la grotte chaude, Boston savait qu’elle ne reviendrait peut-être jamais. La grotte appartient à une société minière et, note-t-elle, « La société minière était fatiguée de notre présence. » Elle a placé les microbes dans un plat chauffé contenant de la nourriture pour microbes. Puis elle les a ramenés d’urgence dans son laboratoire de l’Institut des mines et de la technologie du Nouveau-Mexique à Socorro. Là, elle a dirigé un programme d’études de grottes.

À sa grande surprise, les microbes ont commencé à se développer dans le laboratoire. Cela signifiait qu’ils étaient vivants !

Neuf ans plus tard, les bactéries de 45 de ses 60 échantillons originaux sont toujours vivantes.

Pour déterminer l’âge de ces microbes, elle devait connaître l’âge des cristaux. Heureusement, d’autres scientifiques avaient travaillé là-dessus.

Un cristal se développe en accumulant de nouveaux minéraux à l’extérieur. Les parties les plus intérieures sont les plus anciennes. Les scientifiques ont déterminé à quelle vitesse les cristaux se développent, donc Boston a pu estimer l’âge des microbes en fonction de la profondeur à laquelle ils avaient été enfouis dans un cristal. Ses colonies de microbes ont probablement entre 10 000 et 50 000 ans, a-t-elle rapporté plus tôt cette année lors d’une réunion scientifique.

Ces microbes ne sont peut-être pas des extraterrestres, mais ils sont définitivement étranges. Ils restent en vie sans soleil. Pour la nourriture, ils dépendent des minéraux ou des fluides contenus dans le cristal. Et ils ne se soucient pas de la chaleur ou de l’humidité de la grotte.

Boston et son équipe étudient toujours les échantillons. Ils n’ont pas encore publié leurs données parce qu’ils veulent être sûrs qu’ils sont corrects. D’autres scientifiques doivent également examiner ces données pour vérifier les résultats.

Pourtant, Boston est excité. Au cours de la dernière année, elle a dirigé l’Institut d’astrobiologie de la NASA à Moffett Field, en Californie (NASA signifie National Aeronautics and Space Administration.) L’astrobiologie est l’étude de la façon dont la vie commence et se développe dans l’univers. Les astrobiologistes aident à planifier des missions de recherche de vie sur d’autres planètes, comme Mars. Les recherches de Boston aideront désormais à guider ces missions.

Elle ne s’attend pas à trouver les mêmes organismes sur d’autres planètes. Ses recherches montrent cependant que la vie trouve son chemin dans les endroits les plus inattendus. Et si des créatures peuvent prospérer dans la Grotte des cristaux, alors peut-être que d’autres prospèrent sur Mars, ou même sur des planètes et des lunes plus lointaines.

Des indices climatiques écrits dans la pierre

Pour les spéléologues, se rendre au travail est souvent la partie la plus difficile du travail. Ils peuvent avoir à escalader des falaises ou des cascades sur des cordes. Ils peuvent finir par être très humides. Et leur chemin ne peut être éclairé qu’à la lumière d’une lampe. Et c’est une fois qu’ils sont à l’intérieur. Le simple fait d’arriver à l’entrée peut également être difficile. Gina Moseley le sait de première main.

Elle est spéléologue à l’Université d’Innsbruck en Autriche. Moseley étudie les grottes pour en savoir plus sur le climat passé de la Terre. Le climat fait référence aux conditions météorologiques dans une zone particulière sur une longue période.

En 2015, les recherches de Moseley l’ont menée dans des grottes au Groenland. Cette île se trouve principalement au-dessus du cercle polaire arctique. Parce qu’il est si loin au nord, une grande partie du Groenland est recouverte de glace. L’île et sa glace sont sensibles aux changements de températures. Les scientifiques étudient le Groenland pour mieux comprendre comment le climat de la Terre change actuellement.  

Personne n’avait jamais visité les grottes vers lesquelles l’équipe de Moseley se dirigeait auparavant. Et pour cause : ils sont difficiles à atteindre.

Les chercheurs ont dû louer un petit avion pour les faire voler sur la côte est du Groenland. L’avion les a déposés au bord d’un lac. Puis ils ont gonflé un bateau pour traverser le lac glacial. Une fois de l’autre côté, ils ont marché trois jours pour atteindre la grotte. Après avoir collecté des échantillons à l’intérieur, ils ont fait le long voyage de retour pour ramener ces échantillons à la maison.

Stalagmites

Certains échantillons provenaient de flowstones . Ce sont des feuilles minérales formées par l’eau qui s’égoutte du plafond. Cette eau est spéciale, dit Moseley. Il a voyagé depuis la surface et à travers le sol et la roche au-dessus de la grotte. Avant cela, il tombait du ciel sous forme de pluie. Et avant cela, c’était dans l’océan. En d’autres termes, les grottes sont branchées sur le cycle de l’eau.  

Au fil du temps, éléments et minéraux s’accumulent dans l’eau comme des souvenirs de ses voyages. « Cette eau contient une signature chimique de l’océan, de l’atmosphère et du sol », note Moseley. Ces souvenirs chimiques comprennent un minéral appelé calcite (KAL-syte). Sur des dizaines ou des centaines de milliers d’années, la calcite s’accumule en stalagmites et en pierres de coulée. Les stalagmites sont des formations rocheuses qui s’élèvent du sol d’une grotte comme des chandeliers géants. Ces tours minérales piègent des informations sur le climat passé.

« Lorsque vous en prenez un et que vous le coupez, vous pouvez voir les différentes couches à l’intérieur, un peu comme les études sur les cernes des arbres », explique Moseley. Les scientifiques peuvent lire les couches comme un livre d’histoire du climat de la région. Pendant les périodes plus chaudes, des couches de calcite plus épaisses se développent. Pendant les périodes plus froides, des couches plus minces se forment. En mesurant le carbone, un élément présent dans tous les êtres vivants, les chercheurs peuvent déterminer si les plantes ont poussé au cours d’une période donnée.

Moseley dit que les recherches de son équipe aident à montrer ce qui est arrivé au Groenland dans le passé. Combinées à d’autres recherches sur le climat, ses études permettent de mieux comprendre comment cette partie de la planète a changé.

Les scientifiques ont déjà étudié des échantillons de glace profonde du Groenland datant de 130 000 ans. Cela signifie qu’ils ont un record de périodes de réchauffement et de refroidissement remontant au début de la dernière période glaciaire. Mais Moseley dit qu’elle et son équipe utiliseront des échantillons de grottes pour remonter encore plus loin dans le temps. 

Îles du temps

Francesco Sauro a lui aussi étudié les grottes du monde entier. Il est spéléologue à l’Université de Bologne en Italie. Ces dernières années, il a voyagé dans des grottes du nord du Venezuela. Ces grottes sud-américaines se trouvent dans des montagnes appelées tepuis (TEH-pwee), qui s’élèvent de la jungle en dessous comme des tables. Ils peuvent sembler un peu familiers – ils ont inspiré Paradise Falls dans le film Up. 

Rien n’est facile pour les explorateurs des tepuis. Les entrées de nombreuses grottes ressemblent à des fissures sur le flanc d’une falaise. Pour s’y rendre, les spéléologues doivent d’abord louer un hélicoptère pour les transporter jusqu’au sommet de la falaise. Mais les tepuis sont souvent recouverts de nuages. Des vents rapides peuvent souffler autour d’eux. Pendant de nombreux jours, les hélicoptères ne peuvent pas voler en toute sécurité. Ainsi, Sauro et son équipe peuvent attendre des semaines pour que les conditions deviennent justes.

Une fois qu’ils atteignent le sommet, les choses deviennent encore plus délicates. Les spéléologues doivent monter ou descendre en rappel jusqu’à l’entrée de la grotte, emportant tout leur équipement en remorque. Après s’être donné autant de mal, dit Sauro, ils veulent rester. Ainsi, en 2016, lui et son équipe ont passé 40 jours à explorer une grotte dans les tepuis. 

De nombreuses grottes se forment dans le calcaire, un type de roche qui se dissout facilement dans l’eau. Mais les grottes dans les tepuis se forment à partir de grès quartzite. Ce matériau se dissout également dans l’eau, mais beaucoup plus lentement que le calcaire. Cela signifie que les grottes de tepui sont beaucoup plus anciennes que celles des formations calcaires. En fait, les grottes dans les tepuis pourraient être les plus anciennes de la Terre.

Comme Boston, Sauro s’intéresse à l’intersection des roches et de la vie. Il étudie les microbes qui vivent à l’intérieur de ces grottes. Il étudie également les tepuis pour mieux comprendre les processus qui façonnent la Terre. Et il utilise des lasers pour cartographier les passages intérieurs des grottes qu’il explore.

Une grotte de tepuis est inhabituelle, « différente des autres », dit Sauro. Le quartzite est rose. Cela colore aussi les passages des grottes en rose. L’eau à l’intérieur devient rouge. Et les stalagmites et stalactites (qui se forment sur les plafonds des grottes) ont des formes étranges. Certains ressemblent à des guimauves collées au toit de la grotte. D’autres ressemblent à des os fragiles.

Beaucoup de ces formations hébergent probablement des microbes que les scientifiques n’ont pas encore identifiés. Certaines formations pourraient même devoir leur création à des microbes, dit Sauro. 

Il est devenu averti pour trouver des grottes. Il sait où chercher des indices. Pour trouver une grotte dans les tepuis, il étudie des cartes satellites et cherche des dolines. Il dit que les montagnes sont un bon endroit à regarder. Si une montagne n’a pas de ruisseaux ou de rivières, cela signifie que toute son eau va sous terre. « C’est une indication que la masse contient un réseau souterrain », dit-il. En d’autres termes : des grottes.

L’une des choses les plus intéressantes à propos de l’exploration de grottes, dit Sauro, est qu’il n’y a pas de fin en vue. « Toutes les grottes n’ont pas accès à la surface », dit-il. Cela signifie qu’il est probable que la plupart des grottes du monde restent intactes. Ils sont cachés, leurs secrets attendent d’être découverts.

(Source : Science News)

Francisco Sauro parle des grottes et des mondes cachés qu'elles contiennent

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