« Snowball Earth » s'est produit il y a environ 700 millions d'années. Crédit :www.shutterstock.com
L'un des épisodes climatiques les plus extrêmes que la Terre ait connu a eu lieu pendant la soi-disant Terre boule de neige, il y a 720 millions d'années. Au cours de cette période, les glaciers s'étendaient des pôles aux tropiques, résultant en une planète entièrement recouverte de glace.
L'hypothèse de la Terre Boule de Neige fait l'objet d'un débat scientifique depuis une vingtaine d'années :les scientifiques sont à la fois fascinés et perplexes quant à la façon dont la planète pourrait descendre dans un état climatique aussi étrange.
De nouvelles recherches indiquent maintenant que des éruptions volcaniques spectaculairement importantes sont la clé de ce processus. Nous suggérons que cela s'est produit parce que de grandes quantités de dioxyde de carbone ont été retirées de l'atmosphère après d'énormes éruptions, et cela a conduit à une perte de chaleur de la surface de la Terre.
Étonnamment, le mécanisme pour cela semble être l'érosion de la roche.
Différents types de volcans
Les relations entre les éruptions volcaniques et le climat sont bien établies. Par exemple, le soufre injecté dans l'atmosphère depuis l'éruption de 1991 du mont Pinatubo aux Philippines a fait baisser les températures mondiales d'environ un demi-degré pendant environ 15 mois. Le soufre reflétait le rayonnement solaire entrant et abaissait les températures mondiales.
Des volcans comme le mont Pinatubo font partie d'arcs volcaniques qui produisent des volumes relativement faibles de matériaux en éruption. À travers le monde, les volcans d'arc produisent ensemble moins d'un kilomètre cube (1 km³) de matière en éruption par an.
Le cratère du mont Pinatubo, pris de l'air aux Philippines. Crédit :www.shutterstock.com
Comparez cela à un type d'éruption volcanique appelé "grande province ignée" (nous les appellerons ici PLI). Ces éruptions sont spectaculairement grandes, produisant plus de 100km³ par an de laves, et surtout, ont des volumes d'éruption totaux supérieurs à 1 million de km³ et couvrent une superficie supérieure à 1 million de km². (En comparaison, la superficie de l'Australie-Méridionale est d'environ 1 million de km²). Ce sont des événements de resurfaçage à l'échelle continentale.
Plus de 300 de ces éruptions LIP ont été reconnues tout au long de l'histoire de la Terre, et ils semblent culminer dans les cycles semi-réguliers.
Effets climatiques à long terme
Alors que certaines éruptions volcaniques relativement petites auront des effets climatiques à court terme, les effets à long terme des volcans LIP peuvent être profonds.
La raison en est une simple chimie. Le dioxyde de carbone dans l'atmosphère se dissout dans la pluie, et tombe au sol où il réagit avec les minéraux de silicate dans les roches. Le dioxyde de carbone forme du bicarbonate, et finit par s'enfermer dans les calcaires et les formations rocheuses de schiste.
Pendant des centaines de milliers d'années, la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est ainsi régulée assez efficacement. Les scientifiques estiment que l'altération des roches consomme environ 600 millions de tonnes de dioxyde de carbone par an.
Identifié de grandes provinces ignées à travers l'histoire de la Terre. Alors que l'enregistrement est semi-continu, L'analyse spectrale utilisant une technique connue sous le nom de transformée de Fourier rapide suggère que les grandes éruptions des provinces ignées montrent des preuves de cycles complexes avec des périodicités d'environ 300 et 500 millions d'années. Les données brutes sont disponibles sur http://www.largeigneousprovinces.org.
Les formations géologiques issues des éruptions volcaniques du LIP sont particulièrement sensibles à ce processus, car ils sont en grande partie composés de basaltes, un type de roche volcanique à grain fin qui s'altère relativement rapidement et absorbe le dioxyde de carbone plus efficacement que les autres roches, comme le granit.
Mais les éruptions volcaniques du LIP peuvent également affecter le climat d'une autre manière :en déclenchant la photosynthèse.
Lier les éruptions volcaniques à la photosynthèse peut sembler étrange, mais tout se résume aux nutriments. Nous avons récemment montré que l'érosion de formations géologiques telles que le basalte des volcans LIP fertilise les rivières et les océans en libérant du phosphore.
Le phosphore est un composant essentiel de l'ADN et toute vie en a besoin. Sur de longues périodes, le phosphore est le nutriment qui régule le taux de photosynthèse. Et quand la photosynthèse a lieu, il tire aussi le dioxyde de carbone de l'atmosphère.
Descente dans Snowball Earth
Notre article le plus récent visait à déterminer si l'érosion du basalte des volcans LIP a contribué à la réduction du dioxyde de carbone atmosphérique associé à Snowball Earth. La modélisation initiale prévoyait qu'une réduction de moitié du dioxyde de carbone atmosphérique serait nécessaire pour entraîner la terre dans l'état boule de neige.
Le fleuve Columbia s'est érodé par les dépôts laissés par une éruption volcanique passée du LIP. Crédit :www.shutterstock.com
Pour faire ça, nous avons mesuré différentes formes (appelées isotopes) de l'élément des terres rares néodyme (Nd) qui suivent l'érosion du basalte dans les roches sédimentaires. Nous nous sommes particulièrement concentrés sur l'apport du basalte érodé dans les schistes, qui sont des formations rocheuses créées par l'érosion continentale.
Aussi, nous avons mesuré les isotopes de l'élément strontium (Sr) dans les calcaires, qui enregistrent la composition chimique de l'eau de mer ancienne.
A partir de ce travail, nous avons trouvé que l'érosion basaltique juste avant la Terre Boule de Neige, était plus de 100 % supérieur à ce que nous voyons aujourd'hui.
Ce basalte provient de trois LIP importants, qui a éclaté dans une séquence en cascade commençant il y a 830 millions d'années en Australie, Il y a 780 millions d'années en Amérique du Nord et 720 millions d'années dans le nord du Canada. Ces trois PLI sont entrés en éruption dans ce qui était alors la région équatoriale, ce qui favorise une érosion rapide en raison des températures plus chaudes et des précipitations plus élevées.
Finalement, l'impact des aérosols de soufre libérés par la grande province ignée de Franklin dans le nord du Canada juste avant l'apparition des glaces peut également avoir induit un refroidissement global supplémentaire.
Il est probable que cette confluence unique d'événements ait permis à la planète de basculer dans un abîme gelé.
Éruption du Gairdner, Gunbarrel et Franklin grandes provinces ignées dans les tropiques humides avant le début d'une glaciation mondiale sévère. Les continents sont représentés dans leurs positions approximatives il y a 720 millions d'années.
Interactions complexes dans le système Terre
Les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone et le climat mondial sont régulés sur de longues périodes par l'altération des roches. Au cours du temps géologique (des centaines de milliers d'années), ce processus agit comme une rétroaction négative sur l'augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique. Lorsque des températures plus élevées entraînent des taux d'altération plus élevés, il agit comme une sorte de thermostat pour la Terre.
Cependant, ce travail démontre que le thermostat de la Terre peut parfois tomber en panne de façon spectaculaire :l'éruption des LIP a donné lieu à une Terre boule de neige.
Cette période a duré de 720 à 635 millions d'années et est connue sous le nom de cryogénien. C'est une période de rupture continentale et marque une transition majeure d'un monde dominé par les bactéries à un monde dominé par une vie plus complexe.
Cela met en évidence la complexité du système terrestre et les interactions inattendues entre le volcanisme, climat et vie.
Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original. 
