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Le désert d'Atacama est l'un des laboratoires naturels les plus extraordinaires de la Terre, une vaste étendue de terrain hyperaride qui a captivé les scientifiques, les géologues et les chercheurs en climat pendant des décennies. Le désert d'Atacama est le désert non polaire le plus sec du monde, et le deuxième plus sec dans l'ensemble, derrière certains endroits spécifiques dans les vallées sèches McMurdo. Ce paysage remarquable, qui s'étend le long de la côte Pacifique de l'Amérique du Sud dans le nord du Chili, représente bien plus qu'une simple friche aride. Il témoigne de la profonde influence que les conditions de sécheresse prolongées ont exercé sur la formation et l'expansion du désert sur des millions d'années.

Les origines anciennes de l'hyperaridité

L'histoire du désert d'Atacama ne commence pas des milliers, mais des millions d'années. Le désert d'Atacama peut être le plus ancien désert de la terre, et a connu une hyper aridité depuis au moins le Moyen Miocène, depuis l'établissement d'un courant proto-Humboldt en conjonction avec l'ouverture du passage Tasmanie-Antartique ca. il y a environ 33 millions d'années.

Vu sa situation à la frontière occidentale de l'Amérique du Sud, entre 17 et 28 °S, son climat a été caractérisé comme aride à hyperaride depuis au moins 10 millions d'années. Cependant, les preuves suggèrent que les conditions arides ont pu persister pendant beaucoup plus longtemps. Les preuves géologiques indiquent que cette région a connu des conditions aride à semi-aride pendant une période extrêmement longue, peut-être depuis la fin du Jurassique, il y a environ 150 millions d'années.

La transition des conditions arides à hyperaride constitue une phase critique de l'évolution du désert. Les preuves scientifiques suggèrent que si l'Atacama a connu des conditions arides à semi-arides pendant 150 millions d'années, l'hyper-aridité extrême a commencé beaucoup plus tard. La transition vers un état à sécheresse perpétuelle est étroitement liée aux phases de soulèvement majeures finales des Andes et à la pleine mise en place du système du courant Humboldt froid.

Mécanismes géographiques et atmosphériques qui créent une sécheresse extrême

L'extrême aridité de l'Atacama résulte d'une convergence unique de facteurs géographiques et atmosphériques qui créent effectivement une tempête parfaite de conditions de sécheresse. Comprendre ces mécanismes est essentiel pour comprendre comment les sécheresses ont façonné et continuent d'influencer ce paysage remarquable.

L'effet double pluie

La région la plus aride du désert d'Atacama se situe entre deux chaînes de montagnes, les Andes et la chaîne côtière chilienne, qui sont assez élevées pour empêcher l'advection d'humidité du Pacifique ou de l'océan Atlantique, créant un effet de pluie à deux côtés.

À l'est, les montagnes des Andes forment un formidable mur qui bloque les masses d'air chargées d'humidité du bassin amazonien. L'une des principales caractéristiques géographiques contribuant à la sécheresse de l'Atacama est le mur massif des montagnes des Andes à l'est. Ces montagnes se dressent directement sur le chemin des masses d'air chargées d'humidité transportées vers l'ouest du bassin amazonien. Lorsque cet air humide rencontre la hauteur des Andes, il est forcé de s'élever brusquement, un processus appelé levage orographique.

Ce processus, en conjonction avec la haute chaîne côtière chilienne, qui constitue une deuxième barrière plus proche du Pacifique, crée un effet d'ombre de pluie double, échappant au désert central de presque toutes les sources d'humidité. Ce système de barrière double assure que le noyau central de l'Atacama reste isolé des sources de précipitations des deux côtés, créant des conditions de sécheresse extrême et persistante.

L'inversion du courant et de la température Humboldt

L'océan Pacifique joue un rôle tout aussi critique dans le maintien des conditions hyperarides d'Atacama par l'influence du courant Humboldt froid. L'inversion constante de la température causée par le courant Humboldt frais du nord et le fort anticyclone du Pacifique contribuent à l'extrême aridité du désert. Ce phénomène océanique crée des conditions atmosphériques qui suppriment activement les précipitations.

Le deuxième mécanisme responsable de la formation du désert se trouve dans l'océan Pacifique, où le courant froid Humboldt coule vers le nord le long de la côte. Ce courant amène de l'eau frigide à la surface par un envahissement, refroidissant l'air directement au-dessus. Cela maintient les températures côtières bien plus froides que prévu pour la latitude subtropicale. Ce refroidissement crée une condition atmosphérique stable connue comme une inversion de température, piégeant une couche d'air froid et dense sous l'air plus chaud plus haut.

Le courant Humboldt crée une inversion de température dans l'atmosphère due au refroidissement des couches d'air en contact avec l'océan. L'air froid ne peut pas monter assez pour causer un nuage et des précipitations, il provient donc de brouillards côtiers denses et presque permanents. Bien que ces brouillards fournissent une humidité minimale à certaines zones côtières, ils ne produisent pas de précipitations importantes, contribuant plutôt aux conditions de sécheresse persistantes qui définissent la région.

L'anticyclone du Pacifique et la subsidence atmosphérique

Les systèmes à haute pression sur l'océan Pacifique créent une autre couche de contrôle atmosphérique qui perpétue les conditions de sécheresse dans l'Atacama. Les systèmes à haute pression persistants sont également un facteur, ce qui a tendance à bloquer les tempêtes entrantes. Ces systèmes anticycloniques génèrent des masses d'air descendantes qui se réchauffent et se compressent au fur et à mesure qu'ils s'enfoncent, supprimant activement la formation de nuages et empêchant le développement de systèmes météorologiques produisant des précipitations.

L'air descend, il réchauffe et compresse, ce qui supprime activement la formation de nuages et empêche le développement de grands systèmes de tempête. La présence de cet anticyclone maintient le ciel clair pendant la majeure partie de l'année. Les schémas de circulation de cette cellule haute pression induitnt également les vents du sud qui conduisent à la remontée froide du courant Humboldt, reliant les conducteurs océaniques et atmosphériques.

Quantification de l'extrême aridité : modèles et enregistrements de précipitations

La réputation de l'Atacama comme endroit le plus sec sur Terre est étayée par des statistiques de précipitations remarquables qui illustrent la gravité des conditions de sécheresse dans la région. Les emplacements dans le désert d'Atacama reçoivent moins de 0,2 pouces (5 mm) par an! Certains affirment que des parties du désert d'Atacama n'ont jamais reçu de pluie dans l'histoire humaine enregistrée.

Les précipitations moyennes sont d'environ 15 mm (0,6 in) par an, bien que certains sites ne reçoivent que 1 à 3 mm (0,04 à 0,12 in) en un an. De plus, certaines stations météorologiques de l'Atacama n'ont jamais reçu de pluie. Des périodes allant jusqu'à quatre ans ont été enregistrées sans précipitations dans le secteur central, délimité par les villes d'Antofagasta, Calama et Copiapó.

Le noyau hyperaride de l'Atacama représente la manifestation la plus extrême de ces conditions de sécheresse. Le désert d'Atacama, le plus sec et le plus ancien désert de la Terre, situé au nord du Chili, cache un noyau hyperaride dans lequel aucune pluie n'a été enregistrée au cours des 500 dernières années. Ce demi-millénium sans précipitations mesurables représente l'une des périodes de sécheresse documentées les plus longues sur Terre, créant un environnement qui remet en question notre compréhension des limites de la vie terrestre.

Considérée comme la plus sèche du monde, elle a une pluviométrie moyenne de 0,04 pouce par an et des précipitations significatives d'environ 1,5 pouce (assez longues pour laisser des lagunes peu profondes à courte durée de vie) qu'une fois par siècle en moyenne. Même si beaucoup d'eau a été difficile à trouver, les données climatiques indiquent qu'aucune pluie importante n'a chuté au cours des 500 dernières années.

Preuve paléoclimatique : reconstruire les anciens modèles de sécheresse

Pour comprendre comment les sécheresses ont influencé la formation et l'expansion de l'Atacama, il faut examiner en profondeur les données géologiques et paléoclimatiques. Les scientifiques ont mis au point des méthodes sophistiquées pour reconstruire les conditions climatiques passées, révélant une histoire complexe d'aridité variable sur des milliers et des millions d'années.

Preuves d'aridité à long terme du sol et des minéraux

Les sols du désert d'Atacama conservent un remarquable record de conditions de sécheresse anciennes. Notre analyse des sols sur les surfaces de paysage reliques de la Pampa de Tana indique que ce paysage a été extrêmement sec et non végétalisé depuis sa formation ~10 millions d'années. Les sols de différents âges, de >8 Ma à moderne, ne montrent aucune preuve d'accumulation de minéraux argileux ou d'accumulation de carbonate de calcium, indicateurs clairs des conditions semi-arides dans un paysage végétalisé.

L'analyse chimique et minéralogique de ces sols montre qu'ils contiennent du gypse, mais aussi des concentrations plus élevées de halite et d'autres minéraux salins plus solubles que le gypse, ce qui peut indiquer que cette région de l'Atacama est devenue plus aride au cours des derniers millions d'années. La présence de sels hautement solubles indique que les précipitations ont été insuffisantes pour dissoudre et éliminer ces minéraux, ce qui indique des conditions hyperarides prolongées.

De plus, cette nouvelle étude fait remarquer que les grands gisements de nitrates dans le désert d'Atacama témoignent de longues périodes de sécheresse extrême dans le passé. Les nitrates ont été concentrés dans les fonds de vallée et les anciens lacs par des pluies sporadiques il y a environ 13 millions d'années, et peuvent être la nourriture des microbes. Ces dépôts de nitrates représentent à la fois des preuves de sécheresse ancienne et une ressource unique qui a soutenu la vie microbienne minimale dans cet environnement extrême.

Rodent Middens et la reconstruction des chutes de pluie

L'une des approches les plus novatrices pour reconstruire les modèles de précipitations passés dans l'Atacama consiste à analyser les middens fossilisés de rongeurs. Les paléomiddens sont des amalgames de débris végétaux et animaux encaissés dans l'urine cristallisée (ambérate), ce qui améliore leur conservation pendant des dizaines de milliers d'années dans des grottes et des abris rocheux d'environnements arides et ont été étudiés de façon approfondie pour infuser les climats passés dans les régions arides de l'ouest de l'Amérique du Nord et du Sud.

Les recherches récentes ont révélé que les variations de la taille des granules fécales de rongeurs peuvent servir de substituts pour les niveaux de précipitations passés. Les variations de la taille des granules fécales de rongeurs à partir de middens fossiles révèlent les épisodes de précipitations passés dans le désert central d'Atacama.

La dynamique des précipitations quaternaires tardives dans les Andes centrales a été liée à des téléconnections atmosphériques à haute et basse latitude.Cette recherche révèle que les modèles de sécheresse dans l'Atacama sont influencés par des interactions complexes entre les systèmes climatiques régionaux et mondiaux, y compris la dynamique atmosphérique tropicale et polaire.

Dépôts de flux et historique fluvial

Le dossier géologique conservé dans les anciens dépôts de cours d'eau offre une autre fenêtre sur les schémas de sécheresse passés. Nous croyons maintenant que nous pouvons utiliser ces dépôts de cours d'eau pour reconstruire l'histoire des sécheresses majeures dans la région, et éventuellement identifier les changements possibles dans les océans et la circulation atmosphérique qui sont responsables de sécheresses majeures dans l'Atacama.

L'analyse des terrasses fluviales et de la morphologie des cours d'eau révèle des périodes où le débit d'eau était plus important, en alternance avec des sécheresses prolongées. Comparaison entre les changements de la paléoprécipitation et de la morphologie des canaux des cours d'eau (figure adaptée de Rech et al., 2003). Les précipitations sont reconstruites à partir de la densité moyenne des rongeurs (Latorre et al., 2002; 2006). Les périodes d'aggradation et d'incision des cours d'eau sont dérivées de la datation radiocarbone des terrasses fluviales et de la cartographie de la stratigraphie des cours d'eau.

L'impact physique de la sécheresse sur la formation paysagère

Les conditions de sécheresse prolongée ont profondément façonné les caractéristiques physiques du désert d'Atacama, créant un paysage différent de tout autre sur Terre. L'absence d'eau comme agent d'érosion a permis de préserver les formes de terre anciennes et de développer des caractéristiques géologiques uniques.

Préservation des paysages reliques

Le désert d'Atacama, particulièrement sec, adjacent aux Andes centrales du nord du Chili, contient de nombreux paysages reliques (paysages formés dans le passé, mais conservés à la surface actuelle; Figure 1). Ces anciennes surfaces, dont certaines remontent à des millions d'années, restent en grande partie intactes en raison de la rareté extrême de l'érosion due à l'eau.

La préservation des surfaces paysagères reliques dans le désert d'Atacama est le résultat de l'élévation des Andes centrales et du climat hyperaride dans l'Atacama. L'élévation des Andes centrales a causé une incision profonde des cours d'eau et l'abandon des anciennes formes de cours d'eau. Une fois retirés de la modification fluviale par les cours d'eau drainant les Andes, ces paysages ont été préservés comme des environnements arides sont sujets à considérablement moins d'érosion et de temps que les milieux humides humides.

Cette sécheresse ancienne et soutenue a entraîné des conditions géologiques et biologiques uniques. Les taux d'érosion extrêmement faibles ont préservé la topographie du paysage. Dans la plupart des environnements terrestres, l'eau agit comme agent principal de l'érosion et de la modification du paysage.

Surfaces minérales et formations de sel

Le manque d'eau pour dissoudre et transporter les minéraux a conduit à l'accumulation de dépôts minéraux remarquables sur et près de la surface. Notamment les conditions climatiques sèches du désert d'Atacama ont été liées à l'élévation des Andes et sont censés avoir joué un rôle important dans le développement des caractéristiques les plus distinctives de ce désert, y compris: (i) les nitrates et les dépôts d'iode dans la dépression centrale, (ii) l'enrichissement secondaire dans les gisements de cuivre porphyrique dans la Precordillera, (iii) l'enrichissement en Li dans les plateaux de sel de l'Altiplano, et (iv) la vie dans les habitats extrêmes.

La formation de vastes salars, ou salars, est une autre conséquence de la sécheresse prolongée. Ces caractéristiques se forment dans des bassins fermés où l'apport d'eau minimal s'évapore rapidement, laissant derrière eux des dépôts de sel concentrés. Le Salar de Atacama, l'un des plus grands salars du Chili, illustre ce processus et contient certains des dépôts de lithium les plus riches du monde, résultat direct de millions d'années d'évaporation dans des conditions hyperarides.

Les sols du noyau hyper-aride du désert d'Atacama (Chili) contiennent des quantités importantes de sels solubles, y compris des sulfates et des nitrates. Le gypse (CaSO4•2H2O) est un minéral prédominant dans la région d'Atacama. Il se manifeste par des croûtes de surface d'environ 10 cm d'épaisseur, qui présentent un patron spatial semblable à des polygones, dans des mélanges avec d'autres minéraux sous la surface (<3 m de profondeur) ou dans des étangs salins de salars. Ces croûtes de gypse se forment par des interactions complexes entre l'humidité atmosphérique, la chimie du sol et l'extrême aridité qui empêche leur dissolution.

Perte d'érosion et de végétation du sol

Si l'absence d'eau a préservé les formes de terrain anciennes, les conditions de sécheresse ont également entraîné la perte de stabilité du sol et de couverture végétale.Dans les zones où la végétation existait autrefois pendant les périodes de mouillage, le déclenchement d'une sécheresse plus grave a entraîné la mort des plantes, exposant les sols à l'érosion éolienne.

La sécheresse extrême a créé des conditions où même la végétation minimale lutte pour survivre. Le climat du désert d'Atacama limite le nombre d'animaux vivant en permanence dans cet écosystème extrême. Certaines parties du désert sont si arides, aucune plante ou vie animale ne peut survivre. Cette quasi-absence d'activité biologique réduit encore la formation du sol et l'accumulation de matière organique, créant un cycle auto-renforçant de l'aridité et de la stérilité.

Conducteurs climatiques et phénomènes de sécheresse

La fréquence et la gravité des sécheresses dans le désert d'Atacama sont influencées par de multiples systèmes climatiques interagissants opérant à diverses échelles spatiales et temporelles. La compréhension de ces facteurs est essentielle pour comprendre les modèles de sécheresse historiques et les changements potentiels dans cet environnement extrême.

Cycles d ' oscillation El Niño-Sud (ENSO)

L'oscillation El Niño-Sud représente l'un des phénomènes climatiques les plus importants affectant les modèles de sécheresse dans la région d'Atacama.Cette fluctuation périodique des températures et de la pression atmosphérique de l'océan Pacifique crée des phases alternantes d'El Niño (chauffeur) et de La Niña (froid) qui peuvent influencer de façon spectaculaire les schémas de précipitations dans toute l'Amérique du Sud.

Les changements majeurs de régime de l'ENSO ont également été liés à la variabilité hydroclimatique durant l'anomalie climatique médiévale (AMC) et l'âge de la petite glace (LIA) entre 1,0 et 0,8 ka B.P. et 0,75 et 0,55 ka B.P. respectivement. Cependant, il existe des différences quant à savoir si El Niño ou La Niña ont prévalu pendant l'ACM, l'ENSO opposé ayant suivi l'ACM. Ces variations historiques démontrent que l'ENSO a joué un rôle important dans la modulation de l'intensité de la sécheresse au cours des siècles et des millénaires.

Les pluviaux « historiques » plus récents du début du XIXe siècle et du milieu du XXe siècle décrits dans les dossiers de l'Altiplano et de l'Atacama ont été attribués à des conditions dominantes de La Niña. Bien que la Niña apporte généralement des conditions plus fraîches et plus sèches à de nombreuses régions, ses effets sur l'Atacama peuvent être complexes, contribuant parfois à des événements de précipitations rares lorsqu'ils sont combinés avec d'autres facteurs atmosphériques.

Lors d'événements El Niño forts, le réchauffement des eaux du Pacifique peut perturber les modes de circulation atmosphérique normaux qui maintiennent l'hyperaridité de l'Atacama. Cependant, même pendant ces événements, les barrières géographiques fondamentales du désert et les conditions atmosphériques empêchent généralement les précipitations importantes, maintenant les conditions de sécheresse caractéristiques de la région.

Variations du courant de l'océan Pacifique

Les changements dans la force et la position du courant Humboldt ont des implications profondes pour les conditions de sécheresse dans l'Atacama. L'ouverture du passage Tasmanie-Antartique a permis aux courants froids de se déplacer le long de la côte ouest de l'Amérique du Sud, ce qui a influencé la disponibilité d'air chaud humide pour se déplacer du bassin Amazone à l'Atacama. Ce changement fondamental de la circulation océanique, survenu il y a des millions d'années, a établi les conditions de base de l'extrême aridité du désert.

Les variations de l'intensité de l'élévation côtière, entraînées par des changements dans les courants de vent et d'océan, peuvent moduler la force de l'inversion de température qui supprime les précipitations. L'augmentation plus forte intensifie l'effet de refroidissement sur les masses d'air côtier, renforçant ainsi les conditions de sécheresse.

Systèmes de pression atmosphérique et schémas de circulation

Les schémas de circulation atmosphérique à grande échelle jouent un rôle crucial dans le maintien et la modulation des conditions de sécheresse dans l'Atacama. La position et la force du haut du Pacifique Sud, un système semi-permanent à haute pression, influencent directement l'aridité du désert en favorisant la subsidence atmosphérique et en bloquant les systèmes de tempête.

Les précipitations modernes dans les Andes centrales se produisent principalement (>80%) durant l'été austral, avec deux mécanismes de forçage de la haute atmosphère différents qui provoquent un patron anti-phase dans les régions nord et sud de cette région.

L'interaction entre les systèmes atmosphériques à latitude élevée et à latitude basse crée une complexité supplémentaire dans les modèles de sécheresse. Les changements dans la position des Westerlies du Sud, une ceinture de vents forts dans les latitudes moyennes, peuvent influencer la disponibilité de l'humidité dans les parties sud de l'Atacama. De même, les changements dans la circulation atmosphérique tropicale peuvent affecter les régions désertiques du Nord, bien que les barrières géographiques fondamentales empêchent généralement une pénétration importante de l'humidité.

Changements climatiques mondiaux et modèles de sécheresse futurs

Les simulations climatiques régionales dans le cadre de scénarios de réchauffement extrême des serres indiquent une réduction des précipitations estivales de 30 % au cours du siècle à venir, ce qui entraîne de graves impacts sur les écosystèmes et les sociétés humaines. Les Andes centrales, cependant, sont éloignées et complexes sur le plan topographique, avec seulement des observations météorologiques peu abondantes, ce qui rend difficile la dissociation des résultats climatiques par des sources de données indépendantes.

Paradoxalement, si le réchauffement climatique peut augmenter l'évaporation et intensifier la sécheresse dans les régions déjà arides, des observations récentes ont permis de constater des précipitations sans précédent dans le noyau hyperaride d'Atacama. Mais cette situation a changé au cours des trois dernières années. Pour la première fois, les précipitations ont été documentées dans le noyau hyperaride de l'Atacama, et contrairement à ce qui était prévu, l'approvisionnement en eau a causé une grande dévastation dans la vie locale.

Précipitations rares: Quand la sécheresse éclate

Alors que l'Atacama est définie par sa sécheresse extrême et persistante, les événements de précipitations rares fournissent des informations cruciales sur les conditions atmosphériques nécessaires pour surmonter les redoutables obstacles aux précipitations du désert.Ces événements exceptionnels révèlent également les impacts profonds que la disponibilité soudaine de l'eau peut avoir sur les paysages et les écosystèmes adaptés à l'aridité perpétuelle.

Les événements de la pluie 2015 et 2017

Les dernières années ont été témoins de certains des événements les plus importants de l'histoire de l'Atacama. Le 25 mars 2015, de fortes pluies ont touché la partie sud du désert d'Atacama. Les inondations ont provoqué des écoulements de boue qui ont affecté les villes de Copiapo, Tierra Amarilla, Chanaral et Diego de Almagro, causant la mort de plus de 100 personnes.

Entre le 24 et le 26 mars, un système de basse pression s'est déplacé vers le nord/centre du Chili du sud-ouest, ce qui a entraîné une pluie de 1 à 2 pouces en 24 heures le 25 mars. Une station située au sud du désert a enregistré plus de 2 pouces. Une pluie de 1 pouce représente plusieurs années de pluie pour l'Atacama. L'ampleur de cet événement, par rapport aux conditions normales, ne peut être surestimée, ce qui représente un départ complet de la sécheresse séculaire qui définit la région.

Un événement similaire s'est produit en 2017, apportant de nouveau des précipitations sans précédent au noyau hyperaride. Pour comprendre le rôle des bandes transporteuses d'humidité et des masses d'air de piste, les chercheurs ont examiné un événement de précipitation 2017 qui a apporté plus de 50 millimètres de pluie à certaines régions de l'Atacama. La modélisation qui a suivi les chemins des masses d'air a suggéré que la plupart de l'humidité provenait du bassin amazonien, résultat surprenant étant donné les hautes Andes qui divisent la forêt pluviale du désert.

Mécanismes atmosphériques derrière les rares pluies

Pour comprendre comment ces rares précipitations surmontent les formidables barrières de l'Atacama, il faut examiner les configurations atmosphériques spécifiques qui les rendent possibles. On sait que des pluies intenses comme celles qui sont observées dans l'Atacama sont associées à des bandes transporteuses dites d'humidité, qui sont des phénomènes atmosphériques de haute altitude connus pour transporter de grands volumes de vapeur d'eau.

Des recherches récentes ont confirmé le rôle de ces rivières atmosphériques dans la transmission de l'humidité au désert. En traçant comment l'eau se déplace dans les bandes transporteuses d'humidité à travers le continent, les chercheurs suggèrent que dans les plus humides de ces événements extrêmes, l'humidité provient du bassin tropical de l'Amazonie plutôt que sur l'océan Pacifique qui se trouve à l'ouest du désert.

L'humidité qui arriva dans le désert d'Atacama, généralement extrêmement aride, fut en fait traînée au sud des tropiques. Le 25 mars, lorsque la plupart des pluies tombaient, l'atmosphère était parfaitement installée pour fournir de l'air humide à la région. Dans la figure ci-dessous, les vents du nord-ouest ont pu souffler de l'air avec des valeurs d'eau très précipitables vers le désert d'Atacama.

Impacts dévastateurs sur les paysages hyperarides

Lorsque la pluie arrive finalement dans l'Atacama après des années ou des siècles de sécheresse, les résultats peuvent être catastrophiques. Les zones sèches ne peuvent tout simplement pas supporter une grande quantité de pluie en une courte période de temps. Le sol dur de roche n'absorbe pas l'eau. L'absence de végétation conduit à une érosion rapide et une génération massive de boue.

L'événement de 2015 a donné un exemple frappant de ces impacts. Dans ce cas, la rivière Copiapó, que les responsables du gouvernement chilien ont déclaré avoir été pratiquement secs pendant 17 ans, rapidement rempli d'eau de pluie et débordé ses rives. Les villes de Copiapó et Antofagasta dans les régions d'Atacama et d'Antofagasta du nord du Chili ont vu des inondations éclairs se précipiter dans leur centre-ville.

Ce qui est peut-être le plus surprenant, c'est que ces rares précipitations se sont révélées dévastatrices pour la vie microbienne qui s'est adaptée à l'extrême aridité du désert. Notre groupe a découvert que, contrairement à ce qui pouvait être attendu intuitivement, les pluies jamais observées n'ont pas déclenché une floraison de vie à Atacama, mais plutôt que les pluies ont causé d'énormes ravages chez les espèces microbiennes qui habitaient la région avant les fortes précipitations.

Adaptations biologiques à la sécheresse persistante

Malgré la réputation de l'Atacama comme l'un des endroits les plus inhospitaliers de la Terre, la vie a trouvé des moyens de persister dans cet environnement hyperaride. Les organismes qui survivent ici ont développé des adaptations remarquables pour faire face aux conditions de sécheresse perpétuelle, offrant des aperçus sur les limites de la vie et le potentiel de survie dans des environnements extrêmes ailleurs dans l'univers.

La vie microbienne dans le noyau hyperaride

Bien que l'Atacama soit en effet un endroit tout sauf stérile, il y a des organismes qui parviennent à égratigner une existence là. Au moins seize espèces microbiennes sont connues pour peupler les sols profonds des lits de lacs longs secs, en utilisant des nitrates – une forme de sel d'acide nitrique – comme nourriture.

Ces microorganismes représentent certaines des formes de vie les plus tolérantes à la sécheresse sur Terre. Les microbes qui peuvent parlayer ces conditions impitoyables dans la vie, les auteurs écrivent, «sont parfaitement adaptés aux conditions extrêmes de dessiccation». Cela aide à ce qu'en plus de pouvoir passer sur si peu d'eau, ils sont également résistants aux radiations, capables de survivre à l'énergie ultraviolette intense du soleil qui baigne le désert.

Écosystèmes à besoins de brouillard

Dans certaines zones côtières de l'Atacama, le brouillard persistant fournit assez d'humidité pour soutenir des communautés végétales spécialisées. Malgré ses conditions difficiles, l'Atacama soutient des communautés biologiques spécialisées, en particulier dans les zones où les brouillards côtiers pénètrent dans l'intérieur. La formation de lomas d'Atacama est un écosystème remarquable, abritant une flore unique comme les plantes aériennes et les cactus endémiques.

Les plantes de ces formations de lomas ont évolué de façon remarquable pour récolter l'humidité du brouillard. Certaines espèces ont des structures foliaires spécialisées qui condensent efficacement les gouttelettes d'eau de l'air, tandis que d'autres ont des systèmes radiculaires étendus qui peuvent accéder à l'humidité profonde dans le sol.Ces adaptations leur permettent de survivre dans un environnement où les précipitations traditionnelles sont pratiquement absentes, en se fondant plutôt sur l'humidité minimale fournie par les brouillards côtiers.

Le phénomène de la floraison du désert

L'une des réponses biologiques les plus spectaculaires aux rares précipitations de l'Atacama est le phénomène connu sous le nom de floraison du désert. La floraison du désert d'Atacama (espagnol: desierto florido) peut être vue de septembre à novembre avec suffisamment de précipitations, comme cela s'est produit en 2015.

Les phénomènes pluviaux liés aux bandes transporteuses d'humidité peuvent être dévastateurs pour les espèces microbiennes locales adaptées aux conditions sèches, selon les auteurs, mais ils pourraient jouer un rôle dans la germination du désert en plein essor, une explosion de fleurs sauvages colorées qui se produit dans l'Atacama tous les 5 à 7 ans.

Interactions humaines avec la sécheresse dans l'Atacama

Malgré son extrême aridité, le désert d'Atacama soutient les populations humaines depuis des milliers d'années. Comprendre comment les sociétés anciennes et modernes se sont adaptées aux conditions de sécheresse persistante et ont été façonnées par ces conditions fournit des informations précieuses sur la résilience humaine et les défis de vivre dans des environnements hyperarides.

Civilisations anciennes et gestion de l'eau

L'histoire archéologique qui entoure la ville de San Pedro de Atacama remonte à quelque 10 000 ans, à une époque où divers groupes nomades s'installaient autour des salsons que nous appelons aujourd'hui le Salar de Atacama. Ces gens sont connus sous le nom d'Atacameños. « En 900 av. J.-C., il y avait des villages dans les ravins dans la localité de San Pedro de Atacama, sur les rives de la rivière Loa, et dans les oasis près du Salar de Atacama », raconte le livre Atacameño : introduction historique et récits des peuples autochtones du Chili.

Ces anciennes populations ont développé des systèmes sophistiqués de gestion de l'eau pour faire face à l'extrême rareté de l'eau. Vers 1900, il y avait un système d'irrigation des puquios disséminés dans les oasis du désert d'Atacama. Les Puquios sont connus des vallées d'Azapa et de Sibaya et des oasis de La Calera, Pica-Matilla et Puquio de Núñez. Ces aqueducs souterrains et puits ont permis aux communautés d'accéder aux eaux souterraines et de les distribuer efficacement, permettant l'agriculture et l'établissement permanent dans un environnement autrement inhabitable.

Le succès de ces civilisations antiques face à la sécheresse perpétuelle démontre une ingéniosité et une adaptation remarquables, qui ont concentré leurs colonies près des rares sources d'eau fiables, alimentées par la fonte des neiges, les sources et les oasis andines, et qui ont développé des pratiques agricoles adaptées à une extrême rareté de l'eau.

Extraction des ressources modernes et défis de l'eau

La richesse minérale de l'Atacama, concentrée pendant des millions d'années de sécheresse et d'évaporation, en a fait un centre d'activité minière. Le désert a de riches gisements de cuivre et d'autres minéraux et le plus grand approvisionnement naturel du monde en nitrate de sodium, qui a été exploité à grande échelle jusqu'au début des années 1940.

L'exploitation minière moderne est confrontée à des difficultés importantes liées à la pénurie d'eau, notamment en ce qui concerne les ressources en eau importantes pour le traitement du minerai, ce qui a entraîné une concurrence intense pour les ressources limitées en eau disponibles dans la région, ce qui a entraîné des conflits entre les sociétés minières, les communautés agricoles et les populations autochtones, qui se sont tous battus pour obtenir des ressources en eau limitées dans un environnement où la sécheresse est permanente.

L'extraction du lithium des salines d'Atacama représente une autre industrie à forte intensité d'eau. Avec l'augmentation de la demande mondiale de batteries au lithium, la pression sur les ressources en eau limitées du désert est également forte.

L'Atacama comme un Mars Analog

Les conditions de sécheresse extrême et les caractéristiques uniques du désert d'Atacama en ont fait un exemple inestimable pour comprendre la vie potentielle sur Mars et les technologies d'essai pour l'exploration spatiale. La zone a été utilisée comme site d'expérimentation pour les simulations d'expéditions Mars en raison de ses similitudes avec l'environnement martien.

Similarités entre les conditions d'Atacama et de Martien

Pour les scientifiques qui étudient la vie hypothétique sur d'autres mondes, l'Atacama a été considéré comme un bon analogue pour l'environnement martien. Comme l'Atacama, Mars était autrefois un endroit très humide. Et comme l'Atacama aussi, la planète a perdu presque toute son eau, bien que dans le cas de Mars elle ait disparu dans l'espace, tandis que l'Atacama s'est asséché en raison de changements climatiques.

Les deux milieux partagent des caractéristiques clés qui rendent la comparaison utile : l'extrême aridité, le rayonnement ultraviolet intense, les conditions de surface oxydantes et la présence de perchlorates et d'autres sels. La vie microbienne qui survit dans le noyau hyperaride d'Atacama fournit un modèle pour comprendre comment la vie pourrait persister dans des conditions aussi difficiles sur Mars, en particulier dans les environnements subsurfaces où une certaine humidité pourrait être conservée.

L'eau de Mars ne dura que pour environ le premier milliard de ses 4,5 milliards d'années, mais cela aurait été suffisant pour au moins la vie microbienne pour se former. Même lorsque la planète s'est asséchée, les plus durs de ces microbes auraient pu survivre, comme ils l'ont fait sur l'Atacama. Le séchage sur Mars était cependant inégal, avec des inondations locales occasionnelles comme les aquifères souterrains vidés ou les parois des canaux locaux ont été brisés.

Incidences sur l'astrobiologie

La découverte que les rares précipitations peuvent dévaster les communautés microbiennes adaptées à une sécheresse extrême a des implications importantes pour la recherche de la vie sur Mars. Si les microbes martiens ont évolué au cours de l'histoire plus humide de la planète et ont ensuite été adaptés à l'aridité croissante, la disponibilité occasionnelle d'eau provenant de la fonte de la glace ou d'autres sources pourrait en fait nuire plutôt que d'aider ces organismes, tout comme les pluies récentes ont endommagé les microbes d'Atacama.

Les nitrates d'Atacama peuvent représenter un analogue convaincant des dépôts de nitrate récemment découverts sur Mars par le rover Curiosity (et rapporté dans une étude de 2015 intitulée « Preuve pour l'azote martien indigène dans des échantillons solides provenant des études de rover de Curiosité au cratère de Gale », dans les Actes de l'Académie nationale des sciences). La présence de dépôts minéraux similaires sur les deux mondes suggère des processus comparables d'aridité et d'évaporation à long terme, renforçant la valeur de l'Atacama en tant qu'analogue terrestre pour les conditions martiennes.

Orientations futures de la recherche et surveillance du climat

Comprendre le rôle des sécheresses dans la formation et l'évolution continue de l'Atacama demeure un domaine de recherche scientifique actif. Les progrès technologiques récents et les nouveaux réseaux de surveillance fournissent des informations sans précédent sur cet environnement extrême.

Élargir les réseaux d'observation du climat

Le désert d'Atacama au nord du Chili est le lieu le plus sec de la Terre. Dans cette région, les modèles climatiques sont sujets à de grands biais, en particulier les précipitations sont surestimées de façon significative. Les observations météorologiques dans la région sont rares et limitées aux endroits habités sur la côte ou sur les contreforts des Andes. Pour combler cette lacune, un nouveau réseau de 15 stations météorologiques automatiques a été établi à partir d'avril 2017.

Ces nouvelles stations de surveillance fournissent des données détaillées sur la température, l'humidité, les vents, la présence de brouillard et les précipitations rares.Les données de la première année de ce réseau montrent un vent très régulier avec des vents de l'est pendant la nuit et le matin et des vents de l'ouest de midi à soir. Ce vent transporte l'humidité de l'océan Pacifique dans le désert qui forme du brouillard pendant la nuit, ce qui peut expliquer une alimentation en eau selon l'ordre des précipitations rares.

Amélioration des modèles et des prévisions climatiques

Il est essentiel de mieux comprendre les modèles de sécheresse historiques et leurs facteurs déterminants pour améliorer les modèles climatiques et prévoir les changements futurs. L'interaction complexe des facteurs océaniques, atmosphériques et géographiques qui créent et maintiennent l'hyperaridité de l'Atacama pose des défis importants pour la modélisation climatique.

La recherche sur les variations climatiques passées à l'aide de proxénètes paléoclimatiques continue de nous faire mieux comprendre comment les modèles de sécheresse ont changé pendant des milliers et des millions d'années.

Conservation et développement durable

À mesure que les activités humaines de l'Atacama s'intensifient, la compréhension de la dynamique de la sécheresse devient de plus en plus importante pour le développement durable et la conservation.Les écosystèmes uniques du désert, adaptés à des millions d'années d'extrême aridité, font face à de nouvelles pressions de la part des mines, de l'agriculture, du tourisme et du changement climatique.

La couverture des aires protégées dans le désert d'Atacama s'est considérablement étendue au cours des dernières décennies, bien que les conditions extrêmes et l'éloignement de l'écosystème aient toujours limité les impacts humains et les efforts officiels de conservation. Les principales aires protégées comprennent le parc national de Lauca, qui protège les milieux humides et les populations fauniques à haute altitude, et le parc national de Pan de Azúcar, qui conserve les écosystèmes du désert côtier.

Conclusion : La sécheresse en tant que force de définition

Le désert d'Atacama est l'exemple le plus extrême de la Terre de la façon dont une sécheresse prolongée peut façonner les paysages, les écosystèmes, et même les possibilités de vie elle-même. Depuis ses origines il y a des millions d'années, lorsque les courants océaniques et les montagnes montantes ont créé des conditions d'extrême aridité, la sécheresse a été la caractéristique déterminante de cette région remarquable.

La formation du désert est le résultat d'une convergence unique de facteurs géographiques et atmosphériques : les effets de l'ombre de pluie des Andes et de la chaîne côtière chilienne, l'influence du courant Humboldt sur le refroidissement et les systèmes de haute pression persistants sur le Pacifique. Ces facteurs se sont combinés pour créer et maintenir l'un des environnements les plus secs de la Terre, où certains endroits n'ont pas connu de précipitations mesurables depuis des siècles.

Les impacts de cette sécheresse perpétuelle sont visibles sur tous les aspects du paysage d'Atacama. Les formes de terres anciennes restent conservées pendant des millions d'années en raison de l'absence d'érosion par l'eau. Les dépôts minéraux s'accumulent à la surface, créant des caractéristiques géologiques uniques et des ressources économiquement précieuses.

Comprendre le rôle des sécheresses dans la formation et l'expansion de l'Atacama fournit des informations qui s'étendent bien au-delà de ce seul désert. Les mécanismes qui créent et maintiennent l'extrême aridité ici opèrent, en différentes combinaisons, dans d'autres régions désertiques dans le monde. Les adaptations biologiques qui permettent la persistance de la vie dans l'Atacama nous éclairent sur les limites et les possibilités de la vie, tant sur Terre que potentiellement sur d'autres mondes comme Mars.

Comme le changement climatique modifie les modes de circulation atmosphérique et océanique à l'échelle mondiale, l'Atacama est un indicateur sensible de la façon dont les environnements extrêmes peuvent réagir à ces changements. Les événements pluvieux sans précédent récents dans le noyau hyperaride suggèrent que même le désert le plus sec du monde ne peut pas être à l'abri des changements climatiques.

Le désert d'Atacama nous rappelle finalement que la sécheresse n'est pas seulement l'absence de pluie, mais une force puissante qui forme la géologie, la biologie et les sociétés humaines. Dans ce milieu extrême, nous voyons à la fois le pouvoir destructeur de la rareté de l'eau et la remarquable résilience de la vie face à des défis apparemment insurmontables.

Pour ceux qui souhaitent en savoir plus sur les écosystèmes désertiques et la dynamique climatique, des ressources sont disponibles par l'intermédiaire d'organismes tels que , qui s'emploie à protéger les écosystèmes désertiques uniques, et NOAA Climate.gov, qui fournit des informations détaillées sur les modèles climatiques et les phénomènes météorologiques extrêmes. Le site NASA offre des informations sur la façon dont l'Atacama sert d'analogue Mars pour la recherche en astrobiologie, tandis que la US Geological Survey fournit des ressources sur la géologie du désert et la recherche paléoclimate.