Les feuilles fossiles de plantes préhistoriques collectées dans les hautes terres éthiopiennes de Chilga et de la vallée de la rivière Mush indiquent aux scientifiques la quantité de dioxyde de carbone présente dans l'atmosphère il y a des millions d'années. Crédit :SMU
Les feuilles fossiles d'Afrique ont résolu un casse-tête climatique préhistorique et confirment également le lien entre le dioxyde de carbone dans l'atmosphère et le réchauffement climatique.
La recherche jusqu'à présent a produit une variété de résultats et de données contradictoires qui ont jeté le doute sur le lien entre les niveaux élevés de dioxyde de carbone et le changement climatique pour un intervalle de temps il y a environ 22 millions d'années.
Mais une nouvelle étude a révélé que le lien existe bel et bien pour cette période préhistorique, disent des chercheurs de la Southern Methodist University, Dallas.
La découverte aidera les scientifiques à comprendre comment les augmentations récentes et futures de la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique peuvent avoir un impact sur l'avenir de notre planète, disent les chercheurs de la SMU.
La découverte provient de nouvelles analyses biochimiques de feuilles fossiles de plantes qui ont poussé sur Terre il y a 27 millions d'années et il y a 22 millions d'années.
Les nouvelles analyses confirment les recherches sur le climat moderne - que les températures mondiales augmentent et diminuent avec l'augmentation et la diminution du dioxyde de carbone dans notre atmosphère - mais dans ce cas, même à l'époque préhistorique, selon l'équipe de recherche internationale dirigée par SMU.
Le dioxyde de carbone est un gaz normalement présent dans l'atmosphère terrestre, il y a même des millions d'années. Il est surnommé un gaz à effet de serre parce que de plus grandes concentrations font augmenter la température globale de l'atmosphère terrestre, comme cela se passe dans une serre très ensoleillée.
Récemment, l'augmentation des gaz à effet de serre a provoqué le réchauffement climatique, qui fait fondre les glaciers, provoquant une variabilité météorologique extrême et faisant monter le niveau de la mer.
La nouvelle découverte de la SMU selon laquelle le dioxyde de carbone se comportait de la même manière il y a des millions d'années qu'aujourd'hui a des implications importantes pour l'avenir. La découverte suggère que l'appariement du dioxyde de carbone et du réchauffement climatique observé aujourd'hui est également vrai pour l'avenir si les niveaux de dioxyde de carbone continuent d'augmenter comme ils l'ont été, a déclaré le géologue Tekie Tesfamichael, scientifique principal de la recherche.
"Plus nous comprenons la relation entre les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone et la température mondiale dans le passé, plus nous pouvons planifier les changements à venir, " dit Tesfamichael, un boursier postdoctoral SMU en sciences de la Terre.
"Les travaux précédents ont rapporté une variété de résultats et de données contradictoires sur les concentrations de dioxyde de carbone aux deux intervalles de temps que nous avons étudiés, ", a-t-il déclaré. "Mais un contrôle plus strict de l'âge de nos fossiles nous a aidés à déterminer si la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère correspondait ou non au réchauffement, qui est lui-même bien documenté de manière indépendante dans les études géochimiques des fossiles marins dans les sédiments océaniques."
Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans Géologie , la revue scientifique de la Geological Society of America, dans l'article « Régler la question du 'découplage' entre le dioxyde de carbone atmosphérique et la température globale :[CO
Les co-auteurs du département des sciences de la Terre Roy M. Huffington de SMU sont les professeurs Bonnie Jacobs, expert en paléobotanique et paléoclimat, et Neil Tabor, expert en sédimentologie et géochimie sédimentaire.
Les autres co-auteurs sont Lauren Michel, Université technologique du Tennessee ; Ellen Currano, Université du Wyoming; Mulugeta Feseha, Université d'Addis-Abeba; Richard Barclay, Institution Smithsonian; John Kappelman, Université du Texas; et Mark Schmitz, Université d'État de Boise.
Les chercheurs ont mesuré et compté les pores des feuilles et les cellules épidermiques sur des feuilles fossiles bien conservées des hauts plateaux d'Éthiopie pour déterminer la concentration de dioxyde de carbone présente dans l'atmosphère terrestre il y a 22 millions d'années et 27 millions d'années. Crédit :SMU
Découverte de rare, des feuilles fossiles bien conservées permettent de trouver
Les découvertes ont été possibles grâce à la découverte rare de deux sites avec des feuilles fossiles extraordinairement bien conservées de plantes à fleurs des hauts plateaux éthiopiens d'Afrique orientale.
De telles feuilles fossiles bien conservées sont une rareté, dit Tesfamichael.
"Trouver deux sites avec une grande préservation dans la même région géographique à partir de deux intervalles de temps importants a été très chanceux, car cela nous a permis de répondre à la question que nous nous posions sur la relation entre la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone et les températures globales, " il a dit.
Les scientifiques savent que les variations de la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique affectent la fixation du carbone dans les feuilles pendant la photosynthèse. Cela amène les feuilles à développer des changements anatomiques et physiologiques tels que la fréquence et la taille des stomates, les pores à la surface d'une feuille à travers lesquels passe le carbone.
Les scientifiques peuvent mesurer ces attributs, entre autres, dans les feuilles fossiles, afin que les fossiles de feuilles puissent être utilisés comme indicateurs de l'histoire du dioxyde de carbone atmosphérique de la Terre.
Les sites produisant les feuilles pour l'étude SMU ont été découverts séparément au cours des années précédentes, mais d'importantes collections de fossiles ont été produites grâce à des travaux de terrain coordonnés par l'équipe de recherche SMU et leurs co-auteurs, qui collaborent à ce projet depuis plusieurs années.
Le travail a été financé par la National Science Foundation, Le Comité National Géographique de Recherche et d'Exploration, le programme de bourses SMU Ford, Conseil de recherche SMU, l'Institut d'études de la Terre et de l'Homme, et la bourse Frank Crane de la Dallas Paleontological Society.
Les fossiles sont conservés en permanence dans les collections du Musée national d'Éthiopie à Addis-Abeba. Le soutien institutionnel et gouvernemental est venu du Musée national d'Éthiopie, l'Autorité pour la recherche et la conservation du patrimoine culturel, et l'Université d'Addis-Abeba.
Des études antérieures ont fermement établi une différence de température
L'un des sites date de la fin de l'époque oligocène, et l'autre au début du Miocène.
Des études antérieures qui ont mesuré les températures des océans du monde entier pour les deux intervalles ont fermement établi une différence de température sur Terre entre les deux moments, avec l'un beaucoup plus chaud que l'autre. Ainsi, l'étude SMU a cherché à mesurer les niveaux de dioxyde de carbone pour les deux périodes.
Pour les analyses SMU, des feuilles fossiles d'une seule espèce ont été collectées sur le site de la fin de l'Oligocène vieux de 27 millions d'années. Les feuilles avaient été déposées à l'époque préhistorique dans la région de Chilga, dans le nord-ouest de l'Éthiopie, probablement au bord d'une rivière. Le climat de la Terre à la fin de l'Oligocène a peut-être été un peu plus chaud qu'aujourd'hui, bien que des glaciers se forment sur l'Antarctique. L'étude SMU a révélé des niveaux de dioxyde de carbone, en moyenne, environ 390 parties par million, sur ce qu'il en est sur Terre aujourd'hui.
Des feuilles fossiles d'espèces vieilles de 22 millions d'années du début du Miocène ont été recueillies dans d'anciens dépôts lacustres, maintenant un rocher appelé schiste, de l'actuelle vallée de Mush, dans le centre de l'Éthiopie. Le climat du début du Miocène à cette époque était plus chaud que celui de la fin de l'Oligocène et, de même, l'étude SMU a révélé des niveaux de dioxyde de carbone plus élevés. Le dioxyde de carbone atmosphérique était d'environ 870 parties par million, le double de ce qu'elle est sur Terre aujourd'hui.
Les variations de la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique affectent la fixation du carbone pendant la photosynthèse et peuvent être mesurées sur une feuille fossile préservée comme celle d'Éthiopie. Crédit :SMU
L'étude SMU a confirmé une relation entre le dioxyde de carbone et la température à la fin de l'Oligocène et au début du Miocène.
Les données paléoclimatiques peuvent aider à prédire le climat futur de notre planète
Bien que le dioxyde de carbone ne soit pas le seul facteur affectant le climat de la Terre ou la température moyenne mondiale, il est largement considéré par les scientifiques parmi les plus importants. On en sait beaucoup sur le changement climatique et le réchauffement climatique, mais des questions demeurent.
"L'un d'eux est 'Quelle est la sensibilité de la température de la Terre à la concentration de dioxyde de carbone ? Est-elle très sensible ? N'est-elle pas si sensible ?' L'estimation de la température et des concentrations de dioxyde de carbone pour des moments passés peut aider à trouver la réponse à cette question, " a déclaré Jacobs. " Il y a beaucoup de travail sur le paléoclimat en général, mais pas autant sur la relation entre le dioxyde de carbone et la température."
Le constat est important.
« La quantité de changement de température au cours de cet intervalle se situe approximativement dans la plage du changement de température estimé à partir des modèles climatiques pour notre prochain siècle étant donné un doublement de la concentration de dioxyde de carbone depuis la révolution industrielle, ", a déclaré Jacobs.
Avec le nouveau modèle réaffirmant la relation préhistorique, les scientifiques peuvent désormais se pencher sur des questions connexes, a déclaré Lauren Michel, scientifique spécialiste du changement climatique, qui a travaillé sur l'étude en tant que chercheur post-doctoral à SMU.
"Répondre aux questions sur le taux de changement et quels facteurs ont changé en premier, par exemple, donnera finalement une image plus claire des modèles de changement climatique de la Terre, " a déclaré Michel. " Je pense qu'il est utile de comprendre la relation entre les gaz à effet de serre et les facteurs climatiques représentés dans les archives rocheuses afin que nous puissions avoir une meilleure idée de ce à quoi nous pouvons nous attendre à l'avenir et comment nous pouvons nous y préparer. "
Une étude SMU confirme la relation que les méthodes précédentes ont négligé
Des études antérieures ont trouvé peu ou pas de corrélation entre la température et le dioxyde de carbone pour la fin de l'Oligocène et le début du Miocène. Cela a intrigué les chercheurs en paléoclimat pendant au moins une décennie.
« Nous avons un bon scénario de test avec ces plantes bien conservées des deux tranches de temps, où nous connaissons une tranche de temps, avec des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone, était un climat plus chaud à l'échelle mondiale que l'autre, " a déclaré Tesfamichael.
"C'est un casse-tête de savoir pourquoi les méthodes précédentes n'ont trouvé aucune relation, ou une corrélation inverse, " a-t-il dit. "Nous pensons que c'est faute de proxy bien daté, comme nos feuilles fossiles de deux moments précis dans la même région, qui fournissent une réponse fiable. Ou, peut-être que les modèles eux-mêmes avaient besoin d'être améliorés."
Les études précédentes utilisaient des méthodologies différentes de l'étude SMU, bien que toutes les méthodes (proxies) intègrent certains aspects de ce que l'on sait des organismes vivants et de la façon dont ils interagissent avec le dioxyde de carbone atmosphérique.
Certaines études reposent sur la modélisation biochimique de la relation entre les fossiles marins unicellulaires et le dioxyde de carbone atmosphérique, et d'autres reposent sur la relation entre les stomates et la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique observée chez les parents vivants d'espèces végétales fossiles particulières.
"Chaque méthode a ses hypothèses, " a déclaré Tesfamichael. "Nous verrons si nos résultats résistent à d'autres études de cet intervalle de temps en utilisant la même méthodologie que nous avons utilisée."
