Effusive sedimentary volcanism experimentally reproduced under Martian-like conditions
Cette étude démontre, par des expériences et de la modélisation, que l'ébullition rapide sous des conditions de basse pression de type martien soutient activement le volcanisme sédimentaire en provoquant des éruptions de boue couplées, de nature balistique et effusive, plutôt qu'en les supprimant comme supposé précédemment.
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Imaginez que vous êtes un détective essayant de résoudre un mystère sur la façon dont les planètes obtiennent leurs bosses et leurs cicatrices. Pendant longtemps, les scientifiques ont été perplexes face à d'étranges collines et rivières d'aspect boueux sur Mars et sur des lunes glacées comme Europe. Elles semblent avoir été créées par des volcans, mais il y a un problème : l'air sur Mars est si ténu (presque un vide) et si froid que si vous y versiez un seau d'eau, elle devrait instantanément bouillir, geler et se transformer en un bloc de glace solide. C'est comme essayer de faire une boule de neige dans un four de forge ; la physique suggère que la boue liquide ne devrait pas pouvoir couler ou construire des montagnes parce qu'elle gèlerait avant de pouvoir bouger. C'est la grande question : comment des « volcans de boue » pourraient-ils jamais exister dans un environnement aussi hostile et glacial ? Pour comprendre cela, nous devons savoir quelques choses. Premièrement, le « liquide métastable » est juste une façon sophistiquée de dire qu'un liquide est techniquement instable et veut changer d'état (comme de l'eau qui veut bouillir ou geler) mais ne l'a pas encore fait. Deuxièmement, le « volcanisme sédimentaire » est lorsque de la boue ou une bouillie jaillit du sol, construisant des cônes ou coulant comme de la lave, mais faite de terre humide au lieu de roche chaude. Enfin, le « cryovolcanisme » est la version glacée de cela, où de l'eau ou de la bouillie jaillit sur des mondes gelés. Le mystère est de savoir si ces liquides peuvent réellement rester liquides et couler assez longtemps pour construire les reliefs que nous voyons, ou s'ils se figent simplement en solide immédiatement.
Entrez maintenant, une équipe de scientifiques qui a décidé d'arrêter de deviner et de commencer à construire un mini-Mars en laboratoire. Ils voulaient voir ce qui se passe lorsqu'on prend un seau de boue visqueuse et qu'on l'expose soudainement à l'air ténu et froid de Mars. Au lieu de simplement verser de la boue dans une chambre à vide (ce qui la ferait geler trop vite), ils ont trouvé une astuce ingénieuse. Ils ont construit un « autocuiseur » fait de glace. Ils ont pris un plateau de sable, l'ont gelé, puis ont versé leur mélange de boue spéciale (eau, sulfate de magnésium et argile) dans un trou. Ensuite, ils ont laissé la surface de cette boue geler, créant un couvercle de glace dur. Ce couvercle a piégé la boue liquide en dessous, la gardant en sécurité et sous pression. Une fois le couvercle devenu assez solide, ils ont chauffé légèrement le fond du plateau. Cette chaleur a affaibli le couvercle de glace par le bas jusqu'à ce qu'il éclate !
Lorsque ce sceau de glace a éclaté, la boue piégée a été soudainement exposée à la faible pression de la chambre (environ 4,5 mbar, ce qui correspond à la pression atmosphérique sur Mars). Les scientifiques s'attendaient à ce que la boue gèle instantanément et s'arrête de bouger. Au lieu de cela, quelque chose d'incroyable s'est produit. La chute soudaine de pression a fait bouillir violemment l'eau piégée à l'intérieur de la boue. Cette ébullition n'a pas arrêté l'éruption ; elle l'a propulsée. L'effervescence a créé une pression qui a projeté la boue hors du sol comme un geyser.
L'expérience a montré que l'éruption s'est déroulée en deux actes distincts, un peu comme un concert de rock. D'abord, il y a eu une phase « balistique ». La boue bouillante a été projetée sous forme de petites gouttelettes et de morceaux, volant dans l'air et atterrissant en un anneau autour du trou. Cela ressemblait à une fontaine de boue. Certaines des plus petites gouttelettes volaient loin, tandis que les morceaux plus gros et plus lourds atterrissaient juste à côté de l'évent. Voici la partie magique : même si l'extérieur de ces gouttelettes gelait instantanément en une fine couche de glace (comme un glaçage au chocolat sur un pudding au chocolat chaud), l'intérieur restait chaud et liquide. Parce qu'elles atterrissaient près de l'évent, elles s'accumulaient.
Puis vint le deuxième acte : la phase « effusive ». À mesure que la boue continuait de s'accumuler près du trou, elle commençait à fusionner. Les centres chauds et liquides des gouttelettes gelées fondaient ensemble, formant un fleuve de boue continu et fluide qui s'étalait sur le sable. L'éruption est passée de la projection de boue dans les airs à un suintement lent, construisant un petit cône et coulant le long des parois. Les scientifiques ont découvert que la taille du « réservoir » souterrain importait beaucoup. Un réservoir plus petit créait un cône net et escarpé, tandis qu'un réservoir plus grand permettait à la boue de couler plus longtemps, créant des écoulements plus larges et plus plats.
L'article suggère que ce processus — où l'ébullition propulse la boue, et où les morceaux volants s'accumulent pour former un fleuve de boue — est exactement la façon dont ces étranges volcans de boue sur Mars pourraient s'être formés. Cela prouve que l'ébullition rapide et le gel ne stoppent pas la boue ; ils l'aident en fait à bouger et à construire des structures. Les chercheurs ont utilisé des modèles informatiques pour vérifier si la boue resterait assez chaude pendant son vol, et les calculs disent que oui : les gouttelettes restent liquides à l'intérieur assez longtemps pour atterrir et couler. Bien que l'expérience ait été petite (utilisant un plateau de la taille d'une table basse) et que la boue soit un mélange simple, les résultats suggèrent fortement que les lois de la physique permettent à ces éruptions de boue de se produire sur Mars et sur d'autres mondes glacés. Il s'avère que la chose même que nous pensions être la cause de la mort de l'éruption (l'ébullition) est en fait le moteur qui la maintient en marche.
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