Les dimensions des vallées himalayennes sont contrôlées par une élévation rocheuse entraînée par la tectonique, montre une étude.

4 septembre 2023 fonctionnalité

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par Hannah Bird, Phys.org

Les océans sont la destination finale des produits de l'érosion du sol et de leur transport par les rivières. Rien que dans les montagnes de l'Himalaya, un milliard de tonnes de sédiments sont transportés chaque année. Pour comprendre la dynamique de stockage des systèmes de vallées de montagne, il est important de déterminer la répartition spatiale des rivières, leurs volumes et leur longévité à différentes échelles de temps. Cela est particulièrement vrai étant donné que les processus d'érosion élargissent les vallées et, par conséquent, étendent la répartition spatiale des apports de sédiments aux océans.

Une nouvelle recherche publiée dans Nature Geoscience visait à déterminer les facteurs qui influencent la forme changeante des vallées de l'Himalaya et comment cela affecte le stockage des sédiments. La Dre Fiona Clubb, de l'Université de Durham au Royaume-Uni, et ses collègues ont utilisé un logiciel automatisé pour prendre 1,5 million de mesures sur les fonds de vallée de l'Himalaya afin de surveiller les changements de largeur.

Leurs résultats montrent que la pente du lit de la rivière est le facteur dominant dans la largeur du fond de la vallée et est une estimation de l'ascension des roches, une ascension plus importante se traduisant par un fond de vallée de montagne plus étroit. Cependant, l'échelle de temps sur laquelle cela a le plus d'impact est à une échelle géologique, commandée par la tectonique, plutôt que par l'action érosive des rivières. L'élargissement de la vallée se produit donc principalement sur les fonds de vallée peu profonds par dépôt de sédiments, plutôt que par érosion latérale du socle rocheux environnant.

Parmi les milliers de mesures prises, les résultats de la Dre Clubb et de ses collègues indiquent que les vallées les plus larges se trouvent à des altitudes inférieures à 1 000 m, dans la partie sud de la région près de la mer, et supérieures à 4 000 m, résultant de l'activité glaciaire passée qui a érodé les montagnes.

Le modèle de l'équipe de recherche, qui comprend deux états extrêmes de capacité de transport élevée et faible des sédiments, montre une similitude dans les taux élevés d'ascension des roches augmentant les pentes des canaux et donc la vitesse de l'eau des rivières qui les traversent. Par conséquent, l'action érosive de l'écoulement d'eau plus puissant inciserait le socle rocheux sous-jacent et donc rétrécirait le fond de la vallée. Une importante mise en garde est que des taux élevés d'ascension peuvent également provoquer une instabilité locale conduisant à des glissements de terrain qui peuvent bloquer les chenaux des rivières et provoquer un dépôt de sédiments en amont dans la vallée, l'élargissant ainsi.

La composition du socle rocheux est également un facteur clé étudié, en particulier pour le scénario de capacité de transport élevée, où certaines lithologies rocheuses (telles que le granite dérivé du magma et sa forme métamorphique de haut grade, le gneiss, produites à des températures et pressions extrêmes) peuvent être plus difficiles à éroder et donc à inciser pour rétrécir le fond de la vallée, tout en influençant la probabilité de glissements de terrain.

Les zones présentant des failles significatives ou sujettes à une activité sismique peuvent également être sujettes à des taux d'érosion plus élevés et à un élargissement latéral de la vallée. Cependant, dans cet ensemble de données particulier, il y a peu de variation de la largeur de la vallée par rapport à la distance par rapport à une faille, ce qui suggère que l'érosion due aux failles n'est pas significative dans l'Himalaya pour l'élargissement des vallées.

Malgré l'augmentation attendue de l'incision des chenaux avec des vitesses d'eau plus élevées dans les rivières selon des modélisations antérieures, l'équipe de la Dre Clubb a constaté que cette corrélation était faible dans la chaîne de montagnes de l'Himalaya. Ils ont également constaté une corrélation négative entre la vitesse de l'eau et la pente du chenal, de manière cohérente, quelle que soit la lithologie du socle rocheux.

En outre, les taux les plus bas d'ascension des roches (0,1 à 0,2 mm/an) correspondent aux vallées les plus larges et aux pentes de chenaux les plus faibles, tandis que les taux élevés d'exhumation de plus de 2 mm/an correspondent à des fonds de vallées étroites avec des chenaux pentus, contrôlés en grande partie par l'activité tectonique.

En testant l'altitude, la pente du chenal, la vitesse de l'eau, la lithologie du socle rocheux et la distance par rapport à la faille la plus proche dans l'Himalaya, la pente du chenal a été déterminée comme ayant le plus d'impact et la lithologie du socle rocheux comme étant le moins important. L'altitude, la vitesse de l'eau et la distance par rapport à la faille ont des impacts similaires sur la largeur du fond de la vallée, l'altitude étant légèrement en avance sur les deux autres facteurs.

Therefore, high rock uplift rates (reflected by channel steepness) increase the transport capacity of rivers, with the entrained sediment eroding bedrock during peak water flows and incising to narrow the valley floor. Regions of high uplift thus fall into the low transport capacity end member of the model, while slower-uplifting regions are the high-capacity state. For the largest valleys in the Himalayan mountain range, valley fills are suggested to have residence times exceeding 100,000 years before being removed from the system.

This work also considers the effect of human influence on valley systems, such as the building of dams, which can increase valley width upstream, as well as landslides. However, the research team found that tectonic activity still had a greater influence on upstream valley widening than either of these factors.

Journal information: Nature Geoscience

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