LES THÉORIES SISMIQUES ET VOLCANIQUES

L'état interne du globe étant, peut-on dire, la base des théories sismiques et volcaniques, il rentre tout à fait dans notre sujet d'exposer succinctement l'état de la science sur cette très importante question^ et plus en détail les conséquences qu*on en a tirées pour Fétu de de ces phénomènes.

Quatre théories principales se partagent inégalement le monde savant. La plus ancienne et la plus en vogue consiste à regarder le sphéroïde terrestre comme constitué par une croûte plus ou moins épaisse entourant une masse de matières en fusion. Puis^ tenant compte d'objections d'ordre astronomique et mécanique, on a supposé un globe solide avec des espèces de chambres de matières fondues ou un espace liquide compris entre deux surfaces sphéroïdales. Enfin une quatrième théorie aussi ancienne (Herscheli), qui avait pour ainsi dire disparu de la circulation scientifique courante^ est en train de faire son chemin et consiste en une modification de la première, en remplaçant la surface sphéroïdale de séparation de la croûte externe et du noyau interne par une surface systématiquement brisée ; nous en avons déjà longuement parlé.

L'existence de volcans sur les points les plus éloignés de la surface terrestre, les preuves qu'ils ont apparu au moins depuis le commencement de l'époque tertiaire, et surtout ce fait excessivement remarquable qu'à une époque géologique déterminée, leurs déjections présentent une composition à peu près la même partout, de telle sorte que leur composition peut indiquer leur âge et réciproquement^ ont fait penser que nécessairement ils devaient s'alimenter à un réservoir commun. On a dit aussi^ mais, ce me semble^ avec infiniment moins de force, que la masse des produits volcaniques est trop grande pour que leur source ne soit pas unique.

Ce fait d'expérience qu'à mesure que l'on s'enfonce dans les travaux de mines^ ou dans les sondages pour puits artésiens^ la température augmente suivant une loi à peu près régulière et la même partout^ a été généralisé^ et on en est vite arrivé à supposer l'existence d'une profondeur à laquelle aucun des corps connus ne peut rester solide. Cette profondeur théorique est du reste très diversement évaluée suivant que l'on fait dans une plus ou moins grande limite intervenir la pression, due au refroidissement de l'écorce de l'intérieur à l'extérieur, comme retardant la température de fusion, et aussi^ par conséquent^ suivant les hypothèses faites sur la composition des masses internes. Nous aurons plus loin à revenir sur cette question de la composition et par suite de la densité de rintérieur de la planète. L'on admet généralement que les secousses de tremblement

de terre qui embrassent quelquefois jusqu'à plus du quart de la surface terrestre ne

peuvent s'expliquer que dans Thypothèse d*une écorce relativement très mince recou-

vrant un noyau liquide^ et seraient impossibles à la surface d*un globe solide et rigide.

Telles sont les considérations qui, corroborées par Thypothèse cosmogonique de Laplace, ont conduit à cette constitution simple du globe.

Voyons maintenant les objections faites.

Les travaux exécutés dans les mines ont montré d^assez grandes irrégularités dans l'expression de la loi empirique de l'accroissement de la température avec la profondeur, sinon suivant les latitudes, du moins suivant les régions et les roches traversées {Reports of the committee on underground température; British Assoc. Rep, from 1868 to 1877). Inutile, je pense^ de réfuter la théorie bizarre d'après laquelle la température, après avoir atteint un maximum d'environ 50* vers 1,620", diminuerait progressivement, serait nulle vers 3/jOO, et négative au delà. L'emploi inconsidéré de la méthode des moindres carrés à un trop petit arc de la courbe représentative de la loi cherchée^ a conduit Dunker, après les expériences du Sperenberg, à cette conclusion peu vraisemblable, qui a pourtant été acceptée les yeux fermés par un savant tel que Cari Vogt. Mais si un sismologue comme Mallet a conclu des irrégularités constatées qu'il fallait y voir plus que l'effet des différences du pouvoir de transmission des diverses roches pour la chaleur produite par la compression due au refroidissement lent du globe et à la contraction qui en est la conséquence, d'autres ont soutenu au contraire que ces irrégularités sont précisément de l'ordre de grandeur qu'il fallait à priori s'attendre à trouver en raison des différences de conductibilité des roches. Nous rencontrons donc déjà une question sur laquelle les meilleurs esprits sont divisés.

D'autre part, si l'hypothèse d'un noyau central fluide rend bien compte de l'uniformité de composition des produits volcaniques pour une époque déterminée, il faut conclure de l'épaississement progressif de la croûte externe, quelque lent du reste qu'il puisse ôtre^ que l'activité volcanique doit tendre à diminuer quant au nombre des points où elle peut se manifester^ diminuant de fréquence et augmentant d'intensité (à chaque paroxysme), en raison même de cet épaississement, et qu'elle a dû par conséquent être beaucoup moins localisée aux époques paléozoïques. Or les études géologiques ne nous montrent que des traces douteuses d'action nettement volcanique avant l'époque tertiaire^ et l'on se demande si les dénudations subséquentes sont suffisantes pour rendre compte de cette absence de produits volcaniques avant ladite époque. On a dit^ en réponse à cette objection, qu'avant l'époque tertiaire les phénomènes volcaniques^ pour une raison ou pour une autre, se présentaient sous la forme d'épanchements^ porphyriques ou granitiques par exemple, soit à la surface^ soit au sein des couches déjà formées.

Certains auteurs, et en particulier Thomson {Trans, Roy. Soc. Edinb, XXlll, 157; Brit. Assoc. Rep. 1870, Sect. p. 7), partant de la phase où je globe était à l'état de masse fluide d'après la théorie de Laplace, ont pensé que le refroidissement seul n'aurait jamais pu produire la moindre pellicule externe, parce qu'une fois une mince portion supposée produite, sa densité devant être plus grande que celle du liquide intérieur, car aucune des roches connues ne présente le cas particulier de l'eau solide plus légère que l'eau à l'état liquide, cette mince portion, disent-ils, ne pouvant surnager^ serait immédiatement tombée dans la direction du centre. Nous voyons pourtant journellement se solidifier les masses métalliques de nos usines, et cela de l'extérieur à l'intérieur.

Da reste, on peut montrer autrement le peu fondé de cette objection. En effet, les eipériences de la balance de torsion (de Cavendish à M. Cornu) et les données astronomiques nous montrent que la densité du globe est égaie à environ 5, 5, valeur inflniment plus grande que celle des rocbes solides à nous connues, en dehors bien entendu des masses métalliques ou métallifères, qui constituent une exception dans la partie de Técorce qui nous est accessible. Par conséquent^ il nous faut au centre, ou tout au moins dans Tintérieur, des masses beaucoup plus denses^ soit en raison de leur composition même^ on les suppose généralement métalliques, soit par suite de la pression résultant du retrait par refroidissement Cela ne veut point dire comme le pense Forbes (GéoL Mag, t. IV, p. 435), qu'à certains moments il n'ait pu arriver que des parties nouvellement solidifiées en dessous de la croûte ne tombent vers le centre jusqu'à ce qu'elles rencontrent des couches de même densité pour s'y fondre de nouveau. Toutefois cela me parait peu probable.

De ce que les actions volcaniques nous apportent des matériaui d'une densité à peu près égale à celle de l'écorce ou même actuellement plutôt plus faible^ on en a conclu à la négation de masses internes métalliques. Mais il nous reste la pression comme cause d'augmentation de densité, et Forbes (Popular Science Review y apriJ 1869) en déduit l'hypotbëse de deui enveloppes de densités uniformes et respectivement égales à 2,5 et à 12, et d'un noyau central d'une densité égale à 20. Dans cet ordre d'idées, Legendre et Roche, faisant de plus intervenir la valeur de l'aplatissement polaire, sont arrivés à des constitutions analogues.

On conçoit que l'enveloppe externe se contractant et pressant sur le noyau interne^ qui se refroidit évidemment moins vite, le liquide tende à être pour ainsi dire exprimé au travers de cette espèce d'épongé fracturée partout et dans tous les sens, d'où les phénomènes éruptifs et les tremblements de terre qui les accompagnent et qui seraient ainsi la conséquence directe de ces infiltrations de l'intérieur à l'extérieur. Cordier a montré qu'une contraction du rayon terrestre égale à un millimètre suffirait pour faire sortir une masse de laves représentant au moins 500 coulées volcaniques d'au moins un kilomètre cube de volume chacune. On a objecté à cette théorie que le refroidissement étant continu^ comme la contraction qui en est la conséquence, les éruptions ne devraient pas être spasmodiques, comme on l'observe, mais bien continues. Cette objection, basée sur l'intermittence observée et la continuité qui devrait résulter de causes continues, a été mise en avant aussi pour la théorie lunisolaire de Perrey ; mais dans ce dernier cas Fouqué (Recherches sur les phénomènes chimiques de Véruption de VEtna en 1865, Archives des missions scientifiques et littéraires, 2^ série, t. III, 1886, pp. 165-24G) y a répondu en admettant que, lorsque tout est prêt pour une éruption, la marée interne la détermine, et cette réponse peut s'appliquer aux autres causes invoquées. Toutefois on a dû chercher une autre cause et on a fait intervenir la descente de Teau de la surface au contact du noyau interne fluide. C'était d'autant plus naturel que des nuages énormes de vapeurs s'échappent fréquemment des cratères, même en dehors des éruptions, et que les laves des coulées en rejettent longtemps encore après qu'elles se sont solidifiées superficiellement. Leur porosité est aussi un argument en faveur de cette opijaion. On se rend compte en effet qu'au travers de l'écorce si disloquée, et formée de matériaux souvent solubles et désagrégés, la quantité d'eau qui pénètre dans l'intérieur doit être considérable. Le plafond des lacs, et surtout celui des océans, ne peuvent être étanches

en présence des grandes pressions du fond^ lesquelles atteignent plusieurs centaines d'atmosphères. Quant aux pluies annuelles^ qui en certains points donnent jusqu'à deux et même trois mètres d'épaisseur d'eau tombée^ on ne peut dire au juste quelle proportion pénètre et est ensuite arrêtée pour ressortir en sources, le reste descendant plus bas au contact du noyau fluide. De cette infiltration on a déduit la théorie sismique et volca^ nique la plus en vogue actuellement encore, pour laquelle Fouqué a refuté les principales objections, et que Stanislas Meunier a récemment modifiée ingénieusement. Nous n'avons pas à revenir sur ce que nous avons dit dans l'introduction de cette théorie, qui^ mieux que d'autres, rend compte de la spasmodicité de ces phénomènes. Mais il ne faut pas oublier^ pour comprendre pourquoi on l'a battue en brèche, comme nous le verrons plus loin, qu'elle semble supposer une très faible épaisseur relative de l'écorce, ce qui est d'accord avec les observations de la profondeur généralement très faible d'où paraissent provenir les ébranlements sismiques. ^

Voyons maintenant comment Mallet a détruit de son côté l'objection fondée sur la continuité que devraient présenter les phénomènes sismiques et volcaniques dans l'hypothèse qu'ils sont dus à la contraction de la croûte terrestre surnageant en quelque sorte sur le noyau fluide. Etant donnée la rigidité qu'il suppose à l'écorce, il pense que ce n'est point elle qui peut se contracter, mais bien le noyau, qui ainsi tendra à se séparer lentement de son enveloppe. Or de ce que le refroidissement est toujours agissant, la contraction progressive devra emmagasiner constamment de l'énergie à dépenser ensuite par le bris de la croûte sous son propre poids, quand elle portera trop à faux pour ainsi dire, et par les manifestations sismiques et volcaniques. Et ces effets ne pourront se produire que par sauts, lorsque la pression accumulée ainsi aura acquis une valeur suffisante pour que la masse pressée soit enfin obligée de céder. Or l'écorce terrestre est de composition et d'état d'agrégation trop peu uniformes pour qu'on puisse supposer que ces pressions se transmettent et se répartissent également partout. 11 y aura donc tendance à formation de points d'élection, et quand l'un d'eux aura cédé et que les phénomènes sismiques et volcaniques s'y seront produits, viendra un temps de repos pendant lequel la force d'éboulement se transportera ailleurs, en quelque point devenu plus faible à son tour. On voit ainsi que ces points ne seront pas arbitrairement distribués sur la surface du globe, et devront se trouver sur les grandes lignes de corrugation ou de moindre résistance de l'écorce. C'^st en effet ce qui a lieu, et ce pré cisément le long des grandes lignes de côtes à pentes abruptes. Cette théorie, dans Tesprit de Mallet, fait tomber les objections basées sur le peu de profondeur de laquelle semblent souvent émaner les séismes, car ces éboulements peuvent se produire à toutes les profondeurs imaginables.

Je pense que cette ingénieuse théorie ne rend point compte du mécanisme des tremblements de terre, que Mallet regarde comme le passage d*une vague de compression élastique au travers de la croûte et de la surface de la terre, et engendrée par une impulsion soudaine au sein de cette croûte. Or les actions précédemment invoquées, si tout d'abord elles paraissent adéquates au phénomène volcanique, du moins ne donneront pas lieu aux chocs nécessaires à la production d'un séisme ou d'une éruption. Pour qu'elles rendissent vraiment compte des éruptions volcaniques, il faudrait évidemment que la chaleur due à l'écrasement ne fût pas négligeable devant celle transmise de l'intérieur à l'extérieur au travers de Técorce, et qui est décelée par la loi de l'accrois-

sèment de la température des couches avec la profondeur. En est-il ainsi ? Je ne le crois pas. La lenteur même de Técrasement et du cisaillement (ce mot employé dans son sens mécanique) des couches est en faveur de la dissipation de la chaleur produite avant que ces effets mécaniques aient pu produire un nouvel état moléculaire susceptible de donner lieu à réboulement requis.

Enfin, quand Mallet dit que sa théorie rend compte des grands alignements volcaniques sur les lignes de corrugation, un examen^ même superficiel, de cette conclusion la rend problématique, me semble-t-il du moins. On s'explique encore moins la permanence de cette action pendant plusieurs périodes géologiques consécutives le long de certaines de ces lignes.

Je passerai rapidement sur les considérations astronomiques relatives à la constitution interne du globe, car les meilleurs esprits ne sont point encore parvenus à se mettre d'accord sur ce sujet délicat. En général les savants français (Roche excepté) optent pour Tancienne hypothèse, les Anglais au contraire y étant en plus grand nombre opposés. Thomson regarde Texistence de la croûte comme absolument impossible, car, d'après ses calculs, si elle avait moins de 4,000 kilomètres d'épaisseur, elle se déformerait sous l'action de la force centrifuge et des attractions lunaire et solaire, autant que si elle était en caoutchouc. Il n'y aurait plus de marée, les eaux suivant au droit de ces astres le mouvement de déformation de la croûte. Enfin, de ses calculs sur la théorie des mouvements tourbillonnaires^ il déduit qu'une force tangentielle de 0,1 gramme par centimètre carré suffirait pour avoir toujours empêché la formation d'une croûte quelcon- (|ue au delà d'un état simplement visqueux. Or ces résultats semblent contraires au bon sens, qui prévaudra toujours contre les plus beaux calculs, car si ces derniers, relatifs à une théorie aussi hardie que hautement spéculative, ne doivent pas suffire pour infirmer une hypothèse si simple, si naturelle et si conforme aux faits d'observation que celle improprement connue sous le nom de feu central, les premiers, basés sur une théorie mécanique (résistance des matériaux i d'emploi journalier, sont, il est vrai, plus propres à ébranler cette antique théorie. Mais on peut se demander si cette branche de la mécanique appliquée, affligée de coefficients difficilement déterminables et dont la valeur empirique dépend de l'obscure et controversée constitution moléculaire des corps, est dans son état actuel bien légitimement étendue à la terre et à son envelojipe, quoiqu'elle ait pu donner des résultats pratiques exacts dans les applications qu'on en fait dans Tart des constructions, et précisément en vue desquelles on l'a établie, c'est ce qu'il ne faut pas perdre de vue. C'est là toute la question, et je n'hésite point à y répondre négativement.

Je me garderai bien de prendre parti dans la discussion Hopkins-Delaunay, relative à là précession des équinoxes et à la nutation. L'un pense que la valeur connue de ces éléments est incompatible avec la fluidité interne du globe, l'autre qu'une viscosité d'un certain ordre est suffisante pour la validité des théories astronomiques ; celui ci s'est appuyé sur les expériences de Champagneul étudiant les mouvements de l'eau par rapport à celui du vase dans lequel elle est contenue, lesquelles expériences ont été instituées sous la direction de Delaunay précisément pour en opposer les résultats à Hopkins, qui avançait que le noyau liquide ne doit pas suivre les mouvements de précession et de nutation. Signalons que Thomson a légèrement varié dans son opinion relative aux^ théories d'IIopkins et de Delaunay. Enfin, dans le même ordre de consi-

dératioDS astronomiques, Roche admet Texistence d'un noyau solide dont la densité serait voisine de 7, puis d'une couche de densité 3 et dont l'épaisseur n'atteindrait pas 1/6 du rayon entier.

Les géologues anglais ont cherché à concilier les opinions de leurs savants, tels que Hopkins et Thomson, relativement à la non-existence du noyau central fluide avec l'uniformité de composition des déjections volcaniques. Ils ont été ainsi conduits à deux hypothèses, celle d'un espace annulaire entre la eroûte externe avec un noyau solide, ce qui rend en effet bien compte du fait à expliquer, et celle de chambres fluides locales, situées au-dessous de chaque grande région volcanique, ce qui laisse la question entière. Ces deux théories rentrent toutes deux dans une autre très ingénieuse, mais peu connue en France, due à Fischer (Reader, iO^^' febr. 1866), et qui consiste à supposer une enveloppe flexible au-dessus d'un substratum de nature indéterminée, fluide ou solide au choix. Archibald Geykie pense que cette opinion est susceptible de concilier les desiderata de la physique générale et de la géologie, surtout en ce qui concerne les phénomènes volcaniques et ceux de corrugation de l'écorce terrestre. Pour Fischer la compression produite sur le noyau interne non flexible par l'enveloppe, qui se contracte plus rapidement que lui sous l'influence du refroidissement progressif, cette compression, dis-je, serait amplement suffisante pour liquéfier les parties sous-jacentes, au moins en certains points déterminés le long des grandes lignes de corrugation, car c'est là seulement que la flexibilité de l'enveloppe sera suffisante. Dans cette hypothèse les produits fluides tendraient à s'échapper à la base de tous les grands ridements de la croûte terrestre.

Qu'il nous suffise de mentionn«er maintenant les spéculations relatives au temps (Fourrier, Helmolz, Tait, CrolK...) en partant de la cosmogonie de Lapiace, si avantageusement modifiée par Faye. On arrive généralement à cette conclusion que 100^000,000 d'années permettent d'expliquer les révolutions géologiques connues, et que ce chiffre est de l'ordre de ceux qu'il faut admettre dans l'hypothèse du noyau central fluide pour concorder avec la perte de chaleur nécessaire à la formation de la croûte et avec la valeur connue de l'aplatissement, tout en tenant compte du mouvement de la planète et du retard apporté à sa rotation par le phénomène maréique. Ce chiffre paraît d'ailleurs suffisant aux partisans de l'évolution transformiste.

Joignant cette note à ce qui dans l'introduction a trait ù la même question, l'on a un ensemble succinct à peu près complet de l'état actuel de nos connaissances sur l'état interne de notre planète. On voit aussi combien les opinions des plus grands savants diflërent sur une hypothèse vulgairement acceptée sans conteste, et quoique cette théorie du noyau central fluide soit la plus simple et la plus naturelle, il est difficile, après l'exposé des spéculations auxquelles elle a donné lieu, de se défendre d'un certain, doute à son égard. Eu tout cas il faut nous garder de la croire scientifiquement vérifiée.

SISMIQUES ET VOICMIQUES

DU

/. — Commencement du Xî^ siècle.

Tremblements de terre épouvantables au Guatemala, d'après Dabry de Thiersant.

Je donne ce fait, d'une date aussi mal déterminée, unicjuement pour obéir à la règle qui m'a guidé dans tout ce travail, à savoir celle de « n'omettre aiictine assertion, quelque peu probable ou hasardée qu'elle ine paraisse, en laissant à chaque auteur la responsabilité qui lui incombe, d

Si les documents archéologiques ne font pas défaut au Centre-Amérique, et si leur étude a déjà jeté un certain jour sur l'histoire de cette intéressante région, du moins l'on ne peut guère fixer encore les dates des événements que nous connaissons. La mort récente sur le champ de bataille de Chalchuapa de mon compagnon, le capitaine Touflet, constitue à ce point de vue une grande perte, car il était parvenu à déchiffrer un calendrier hiéroglyphique, tracé sur un autel de sacrifice d'un téocalli de Copan, sur lequel il avait lu des observations d'éclipsés, ce qui lui aurait permis de déterminer d'une façon indiscutable la date de la construction de cette immense et magnifique cité indienne, dont les monuments et les fnnombrables statues rappellent par leur grandeur les restes de la civilisation kmer de l'Indo-Ghine. Malheureusement ses papiers n'ont pas été recueillis. Quoi qu'il en soit, en dehors des nombreuses traces de bouleversements sismiques et volcaniques, que l'on peut lire à chaque pas sur le sol du Centre-Amérique, il est certain que ce pays, pendant la période précolombienne, a souffert de ces phénomènes, dans la région côtière du moins, autant que depuis la conquête. Nous en trouvons la preuve dans les nombreuses invocations que renferment les documents traditionnels et hiéroglyphiques, dont on peut lire de curieux exemples dans les travaux des de Charnay, Brasseur de Bourbourg, Jxtlilxochitl, etc.

Il n'est pas sans intérêt d'obsener que, si l'on en croit les traductions qu'a faites Brasseur de Bourbourg de certains documents de la civilisation maya, les tremblements de terre et les éruptions volcaniques auraient été autrefois aussi violents que fréquents au Yucatan, où ils ne se produisent pour ainsi dire pas actuellement, et ou l'on ne connaît aucun volcan, que je sache, du moins. A mon sens, si les déchiliremcnts de ce savant sont exacts, ce dont on commence à douter, il faudrait y voii^ une preuve d'une émigration antérieure des Mayas.