Des quantités énormes de suie, levé dans les airs à la suite d'incendies de forêt mondiaux à la suite d'une frappe massive d'astéroïdes il y a 66 millions d'années, aurait plongé la Terre dans les ténèbres pendant près de deux ans, les nouvelles découvertes de la recherche. Cela aurait arrêté la photosynthèse, refroidit drastiquement la planète, et a contribué à l'extinction de masse qui a marqué la fin de l'ère des dinosaures.

Ces nouveaux détails sur la façon dont le climat pourrait avoir radicalement changé suite à l'impact d'un astéroïde de 10 kilomètres de large seront publiés le 21 août dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . L'étude, dirigé par le National Center for Atmospheric Research (NCAR) avec le soutien de la NASA et de l'Université du Colorado Boulder, utilisé un modèle informatique de classe mondiale pour brosser un tableau riche de la façon dont les conditions de la Terre auraient pu être à la fin de la période du Crétacé, des informations que les paléobiologistes pourront utiliser pour mieux comprendre pourquoi certaines espèces sont mortes, surtout dans les océans, tandis que d'autres ont survécu.

Les scientifiques estiment que plus des trois quarts de toutes les espèces sur Terre, y compris tous les dinosaures non aviaires, disparu à la limite des périodes Crétacé-Paléogène, un événement connu sous le nom d'extinction de K-Pg. Les preuves montrent que l'extinction s'est produite en même temps qu'un gros astéroïde a frappé la Terre dans ce qui est maintenant la péninsule du Yucatán. La collision aurait déclenché des tremblements de terre, tsunami, et même des éruptions volcaniques.

Les scientifiques calculent également que la force de l'impact aurait projeté de la roche vaporisée au-dessus de la surface de la Terre, où il se serait condensé en petites particules appelées sphérules. Alors que les sphérules retombaient sur Terre, ils auraient été chauffés par friction à des températures suffisamment élevées pour déclencher des incendies mondiaux et griller la surface de la Terre. Une fine couche de sphérules peut être trouvée dans le monde entier dans les archives géologiques.

"L'extinction de nombreux grands animaux terrestres pourrait avoir été causée par les conséquences immédiates de l'impact, mais les animaux qui vivaient dans les océans ou ceux qui pouvaient s'enfouir sous terre ou glisser temporairement sous l'eau auraient pu survivre, " a déclaré le scientifique du NCAR Charles Bardeen, qui a dirigé l'étude. "Notre étude reprend l'histoire après les effets initiaux - après les tremblements de terre, les tsunamis et le gril. Nous voulions examiner les conséquences à long terme de la quantité de suie que nous pensons avoir été créée et ce que ces conséquences auraient pu signifier pour le les animaux qui ont été laissés."

Les autres co-auteurs de l'étude sont Rolando Garcia et Andrew Conley, les deux scientifiques du NCAR, et Owen "Brian" Toon, chercheur à l'Université du Colorado Boulder.

Un monde sans photosynthèse

Dans les études antérieures, les chercheurs ont estimé la quantité de suie qui aurait pu être produite par les incendies de forêt mondiaux en mesurant les dépôts de suie encore préservés dans les archives géologiques. Pour la nouvelle étude, Bardeen et ses collègues ont utilisé le modèle du système terrestre communautaire (CESM) basé sur le NCAR pour simuler l'effet de la suie sur le climat mondial à l'avenir. Ils ont utilisé les estimations les plus récentes de la quantité de suie fine trouvée dans la couche de roche laissée après l'impact (15, 000 millions de tonnes), ainsi que des quantités plus ou moins importantes, quantifier la sensibilité du climat à des incendies plus ou moins étendus.

Dans les simulations, la suie chauffée par le Soleil était projetée de plus en plus haut dans l'atmosphère, formant finalement une barrière mondiale qui empêchait la grande majorité de la lumière solaire d'atteindre la surface de la Terre. "Au début, il aurait fait à peu près aussi sombre qu'une nuit au clair de lune, " dit Toon.

Alors que le ciel se serait progressivement éclairé, la photosynthèse aurait été impossible pendant plus d'un an et demi, selon les simulations. Parce que de nombreuses plantes terrestres auraient déjà été incinérées dans les incendies, l'obscurité aurait probablement eu son plus grand impact sur le phytoplancton, qui sous-tendent la chaîne alimentaire océanique. La perte de ces minuscules organismes aurait eu un effet d'entraînement sur l'océan, dévastant finalement de nombreuses espèces de la vie marine.

L'équipe de recherche a également découvert que la photosynthèse aurait été temporairement bloquée même à des niveaux de suie beaucoup plus faibles. Par exemple, dans une simulation n'utilisant que 5, 000 millions de tonnes de suie—environ un tiers de la meilleure estimation des mesures—la photosynthèse aurait encore été impossible pendant une année entière.

Dans les simulations, la perte de lumière solaire a provoqué une forte baisse des températures moyennes à la surface de la Terre, avec une chute de 50 degrés Fahrenheit (28 degrés Celsius) sur la terre et 20 degrés Fahrenheit (11 degrés Celsius) sur les océans.

Alors que la surface de la Terre s'est refroidie dans les scénarios d'étude, l'atmosphère plus haut dans la stratosphère est en fait devenue beaucoup plus chaude à mesure que la suie absorbait la lumière du soleil. Les températures plus élevées ont causé la destruction de l'ozone et ont permis de stocker de grandes quantités de vapeur d'eau dans la haute atmosphère. La vapeur d'eau a ensuite réagi chimiquement dans la stratosphère pour produire des composés d'hydrogène qui ont entraîné une destruction supplémentaire de l'ozone. La perte d'ozone qui en a résulté aurait permis à des doses nocives de lumière ultraviolette d'atteindre la surface de la Terre après que la suie se soit dissipée.

Le grand réservoir d'eau dans la haute atmosphère formé dans les simulations a également provoqué l'élimination brutale de la couche de suie bloquant la lumière du soleil après s'être attardée pendant des années, une découverte qui a surpris l'équipe de recherche. Alors que la suie commençait à se déposer hors de la stratosphère, l'air commença à se refroidir. Ce refroidissement, à son tour, la vapeur d'eau se condense en particules de glace, qui a lavé encore plus de suie de l'atmosphère. À la suite de cette boucle de rétroaction – le refroidissement causant des précipitations qui ont causé plus de refroidissement – ​​la couche de suie amincie a disparu en quelques mois seulement.

Remise en cause du modèle

Alors que les scientifiques pensent que la nouvelle étude donne une image solide de la façon dont de grandes injections de suie dans l'atmosphère peuvent affecter le climat, ils avertissent également que l'étude a des limites.

Par exemple, les simulations ont été exécutées dans un modèle de la Terre moderne, pas un modèle représentant à quoi ressemblait la Terre pendant la période du Crétacé, quand les continents étaient dans des endroits légèrement différents. L'atmosphère il y a 66 millions d'années contenait également des concentrations de gaz quelque peu différentes, y compris des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone.

En outre, les simulations n'ont pas tenté de prendre en compte les éruptions volcaniques ou le soufre libéré de la croûte terrestre sur le site de l'impact de l'astéroïde, ce qui aurait entraîné une augmentation des aérosols de sulfate réfléchissant la lumière dans l'atmosphère.

L'étude a également remis en question les limites de la composante atmosphérique du modèle informatique, connu sous le nom de modèle climatique communautaire de l'atmosphère entière (WACCM).

"Une collision d'astéroïdes est une perturbation très importante - ce n'est pas quelque chose que vous verriez normalement lors de la modélisation de futurs scénarios climatiques, " a déclaré Bardeen. " Donc le modèle n'a pas été conçu pour gérer cela et, au fur et à mesure que nous avancions, nous avons dû ajuster le modèle pour qu'il puisse gérer certains des impacts de l'événement, comme le réchauffement de la stratosphère de plus de 200 degrés Celsius."

Ces améliorations du WACCM pourraient être utiles pour d'autres types d'études, dont la modélisation d'un scénario « hiver nucléaire ». Comme les feux de forêt mondiaux il y a des millions d'années, l'explosion d'armes nucléaires pourrait également injecter de grandes quantités de suie dans l'atmosphère, ce qui pourrait conduire à un refroidissement global temporaire.

"La quantité de suie créée par la guerre nucléaire serait bien inférieure à ce que nous avons vu lors de l'extinction du K-Pg, " a déclaré Bardeen. " Mais la suie modifierait toujours le climat de la même manière, refroidir la surface et chauffer la haute atmosphère, avec des effets potentiellement dévastateurs."