Le parc national de Mammoth Cave (Mammoth Cave National Park) est un parc national américain créé le et situé au centre de l'État du Kentucky. Il s'étend sur dans le bassin de la Green, à cheval sur les comtés d'Edmonson, de Hart et de Barren. Il comprend une partie du Mammoth Cave System (« Réseau de la grotte mammouth »), qui est le plus grand réseau souterrain au mondeEn 1981, selon le classement de l'UNESCO, le deuxième système connu le plus long était Hölloch en Suisse, avec (Rapport de l'UNESCO, )., avec près de explorés de galeries, .... L'origine du nom de la grotte, qui date du , provient de sa taille importante et n'a pas de rapport avec l'animal préhistorique..
La géologie karstique du plateau Pennyroyal et la rivière Green réunissent sur les conditions idéales pour le développement d'un écosystème riche, avec près de animales et végétales, parmi lesquelles on trouve plusieurs espèces en voie de disparition ainsi que des espèces ayant évolué pour s'adapter à l'environnement sombre des grottes. Après avoir été exploité pour ses réserves de salpêtre et utilisé à des fins médicales, le système de Mammoth Cave est de nos jours voué aux activités spéléologiques et touristiques.
Le site est inscrit au patrimoine mondial de l'UNESCO depuis le . et classé réserve de biosphère. depuis le .
Géographie Localisation Le parc national de Mammoth Cave se situe au centre de l'État américain du Kentucky dans la région nommée plateau Pennyroyal à une altitude proche de . Le parc est situé à proximité de l'autoroute interstate 65 qui relie la capitale du Tennessee, Nashville, à Louisville. Il s'étend sur dans le bassin de la Green River, à cheval sur les comtés d'Edmonson, de Hart et de Barren. Cette rivière est un affluent de l'Ohio qui est elle-même un important affluent du Mississippi.
Localisé dans une zone tempérée, le parc est intimement lié à l'eau, que ce soit par les cours d'eau qui ont façonné les plateaux karstiques de la région et sillonnent les forêts, ou les précipitations qui autorisent le développement d'un écosystème riche et diversifié dans la région.
Géologie Mammoth Cave est un système remarquablement stable qui s'est développé dans des strates de calcaire datant du Mississippien (Carbonifère inférieur) et surmontées d'une couche de grès. Il y a d'années, l'Amérique du Nord était beaucoup plus au sud et le Kentucky était situé à 10 degrés au sud de l'équateur.. Toute la région était alors recouverte d'une mer tropicale peu profonde peuplée d'une faune corallienne et d'autres formes de vie marine.
En mourant, les coquilles ou exosquelettes de ces organismes, riches en carbonate de calcium, tombaient au fond de la mer en se transformant au fil du temps en roches calcaires. Pendant d'années, la couche de calcaire s'est ainsi épaissie jusqu'à ce que des sédiments riches en sable, charriés par une rivière, soient venus recouvrir le calcaire en se déposant. Les sables furent par la suite transformés en grès, les grès de Big Clifty.
Aujourd'hui, les roches des grottes abritent des fossiles datant de cette époque, la fin du Paléozoïque, avec notamment des crinoïdes, des coquilles de gastéropodes et des dents de requins..
Puis, il y a environ d'années, les terres ont émergé. Les forces tectoniques ont alors provoqué au fur et à mesure des déformations du plateau, donnant naissance à de nombreuses fissures entre les couches. Parallèlement, les systèmes fluviaux se mettaient en place et pouvaient alors éroder la roche et se faufiler dans le sol pour creuser des galeries.. De nos jours, le système est ainsi composé de galeries qui s'étendent sur plus de , chiffre qui est revu à la hausse chaque année au gré des nouvelles découvertes et des connexions.
La formation géologique située dans la partie supérieure des grottes de Mammoth Cave est connue sous le nom de grès de Big Clifty. Sous cette couche rocheuse résistante, un ensemble d'autres formations composées de roches calcaires ont été largement protégées de l'érosion.. Toutefois, par endroits, les roches calcaires ont été en contact avec les eaux de ruissellement provenant de la surface. Celles-ci ont alors commencé leur long travail d'érosion et de dissolution du calcaire. L'eau ressort ponctuellement en surface sous forme de sources avant de s'enfoncer à nouveau dans le sol, au niveau de la zone de contact entre le grès et la roche de calcaire. C'est dans ces formations calcaires que s'est développée la spéléologie de la région.
Parmi les couches de calcaire de la colonne stratigraphique situées sous la formation de Big Clifty, on trouve par ordre croissant de profondeur : la formation de Girkin, le calcaire de Sainte Geneviève et le calcaire de Saint Louis. Le passage de la grotte principale se situe entre la formation de Girkin (en bas) et celle de Sainte Geneviève (en haut). Chacune de ces couches primaires de calcaire peut également être subdivisée en sous-unités. Un domaine de recherche consiste à corréler la stratigraphie avec les relevés effectués par les explorateurs. Cela permet ainsi de produire des cartes approximatives en trois dimensions de la délimitation entre les différentes couches sans avoir recours à des forages ou des carottages.
L'eau pénètre difficilement la couverture supérieure en grès, à l'exception des zones où se présentent des fissures verticales. Cette protection explique la raison pour laquelle les passages anciens situés à proximité de la surface sont très secs et ne présentent ni stalactites, ni stalagmites, ni aucune autre formation nécessitant de l'eau sous forme de goutte ou de coulée.
Toutefois, la couche de grès a été dissoute et érodée à plusieurs endroits dans le parc, comme dans la salle du « Niagara gelé ». La zone de transition entre le calcaire et le grès peut être observée en faisant de la randonnée entre le fond de la vallée et les crêtes. En effet, en règle générale, lorsqu'on se rapproche du sommet d'une crête, les affleurements de roches montrent un changement de composition en passant du calcaire au grès, à une altitude définie (si on néglige l'effondrement des blocs de grès qui se sont détachés des crêtes et ont dévalé les pentes calcaires situées en contrebas).
Au sud du parc, on peut observer au fond d'une vallée une gigantesque doline qui s'est développée et connue sous le nom de « lavabo de cèdre ». Une petite rivière entre d'un côté de cette doline, avant de disparaître sous terre de l'autre côté.
Climat Le parc est situé dans la zone de climat subtropical humide (Köppen Cfa) Pierre Pagney, Les Climats de la Terre, Masson, 1976, ... Les étés sont généralement chauds et humides. Les précipitations annuelles sont en moyenne de . Tout comme le Kentucky et sa capitale Louisville, le parc fait partie d'une région où des tornades peuvent se produire..
Les températures étant généralement positives en journée, la majorité de ces précipitations tombent sous la forme de pluie. Selon une étude de la National Parks Conservation Association, la pluviométrie du parc serait dix fois plus acide que la moyenne nationale.. Dans cette zone du Kentucky, le climat est chaud et humide en été (à cause de l'influence des masses d'air en provenance du golfe du Mexique) et vivifiant en hiver. Situé sur la route de plusieurs systèmes orageux, le parc connaît plusieurs épisodes orageux par an, principalement entre mars et septembre. La température annuelle moyenne est ainsi de , avec une moyenne estivale de et hivernale de . Quant à l'intérieur des grottes, la température y est constante à ..
Hydrologie
L'eau souterraine provient des eaux de surface grâce notamment aux nombreuses fissures situées au niveau des plaques de grès. L'eau circulant en profondeur traverse les couches calcaires sous-jacentes avant de ressortir au niveau de résurgences. La rivière Green, qui zigzague d'est en ouest à travers le parc, est ainsi alimentée par plusieurs sources issues de la couche de calcaire. Elle s'étend sur à l'intérieur du parc, avant de rejoindre la rivière Ohio, plus à l'ouest.
En s'infiltrant dans le sol, l'eau de pluie acidifiée par le dioxyde de carbone atmosphérique dissout les roches calcaires. Au fur et à mesure, ces dernières sont érodées et des ruisseaux souterrains se forment.
L'hydrologie du système de Mammoth Cave est dépendante d'un ensemble de cavernes de calcaire, de milliers de dolines, de centaine de rivières englouties et d'environ deux cents sources locales. En règle générale, les eaux de surface et les eaux souterraines d'un bassin s'écoulent toutes vers la même source ou le même ensemble de sources. À l'intérieur de ce système karstique, si on déverse un agent polluant dans une source ponctuelle, celui-ci est redistribué dans près de différentes le long de la Green dans le bassin de Bear Wallow, par le biais des réseaux communicants.. Ceci montre bien tout l'enjeu de la préservation du bassin hydrologique de toute pollution extérieure.
Les premières études hydrologiques réalisées indiquaient que l'eau s'écoulait directement de Sinking Creek et Doty Creek jusqu'à la source de GrahamMiotke et Papenberg., en passant par la grotte de MillWells., reliée à deux autres grottes en aval du complexe de la source de Elk. Par ailleurs, les eaux de surface à proximité de Sinking Creek s'écoulaient dans deux dolines (Sinking Branch et Little Sinking Creek) avant de ré-émerger à la source de Mill Hole. L'aquifère de Mammoth Cave a un flux rapide, variant entre 300 et par jour. ce qui signifie que l'eau de pluie s'écoule rapidement au travers du système de cavernes. En cas d'inondation, les limites de ces bassins peuvent être rompues et l'eau se déverse alors dans les autres sources, ce qui a de graves conséquences lorsqu'un polluant est introduit dans le drainage du système karstique.
Milieu naturel Faune L'écosystème de Mammoth Cave est riche en termes d'espèces endémiques. En effet, les grottes abritent des espèces qui ont subi une évolution adaptative à l'environnement pauvre en lumière (très similairement aux espèces des fonds abyssaux).. Beaucoup de recherches ont été effectuées sur cet écosystème dans les années 1980 et 1990, notamment par Tom Poulson de l'université de l'Illinois à Chicago et par Kathleen Lavoie de l'Université du Michigan à Flint. Les grottes abritent plus de animales différentes, pour la plupart des invertébrés, dont 42 sont adaptées à la vie en totale obscurité. À la surface, le parc accueille près de de mammifères, d'oiseaux, de reptiles et d'amphibiens.
Locataires habituelles des grottes, on trouve de nombreuses chauves-souris dans les cavernes de Mammoth Cave : la chauve-souris de l'Indiana, la chauve-souris cendrée, la petite chauve-souris brune, la grande Chauve-souris brune et la pipistrelle de l'Est. La population globale de ces espèces et d'espèces encore plus rares (comme la chauve-souris pygmée) s'est élevée à son apogée à 9 ou d'individus, rien que dans la section historique uniquement. Bien que ces espèces existent toujours dans Mammoth Cave, leur effectif n'est désormais plus que de quelques milliers tout au plus. La principale raison de cette disparition progressive provient de la destruction par l'homme de leur habitat, à cause de l'exploitation commerciale des grottes .. Néanmoins, le processus de restauration écologique de cette partie de Mammoth Cave fait l'objet d'un effort continu pour faciliter le retour des chauves-souris. Cependant, toutes les espèces du parc ne vivent pas dans les grottes. C'est notamment le cas de la chauve-souris rousse qui habite dans la forêt et ne se retrouve que très rarement dans un environnement souterrain.