Il y a environ 250 millions d'années, une éruption volcanique massive a inondé la Sibérie moderne de lave, création des pièges sibériens, plateaux géants faits de multiples couches de lave. L'éruption a également libéré d'énormes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère qui a rapidement modifié le climat et déclenché l'événement d'extinction de masse du Permien-Trias qui a anéanti plus de 90% des espèces marines et 70% des espèces terrestres. Après l'éruption, cependant, les pièges sibériens ont commencé à ramener le dioxyde de carbone atmosphérique dans la croûte par l'altération et l'érosion. Les pièges sibériens sont la plus grande de plusieurs inondations de basalte, appelées Grandes Provinces Ignées (LIP), qui se sont produits au cours de l'histoire de la Terre et qui ont probablement joué un rôle dans la régulation du climat de la Terre.

Dans un nouveau papier en Lettres de recherche géophysique , auteur principal Louis Johansson, ainsi que les membres de l'observatoire Deep Carbon, Sabin Zahirovic et Dietmar Muller de l'École des géosciences de l'Université de Sydney, ont modélisé l'éruption des PLI et leur mouvement à la suite de la tectonique des plaques à travers le monde au cours des 400 derniers millions d'années.

Les chercheurs ont comparé le moment de l'éruption et de l'altération du LIP avec les estimations du dioxyde de carbone atmosphérique pour voir si les éruptions et l'altération avaient un effet de contrôle. Grâce à leur analyse, les chercheurs ont pu identifier des moments précis où les LIP ont joué un rôle déterminant dans l'augmentation ou la diminution du thermostat global de la Terre.

"Ces énormes éruptions soulèvent une énorme quantité de dioxyde de carbone et peuvent changer le climat et déclencher des extinctions majeures, ", a déclaré Zahirovic.

"Mais la Terre a des mécanismes intégrés pour éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère sur des périodes géologiques."

Les LIP peuvent absorber de grandes quantités de dioxyde de carbone car les laves basaltiques sont pleines de roches riches en silicates qui sont particulièrement vulnérables aux intempéries. Lorsque la pluie tombe à travers une atmosphère riche en dioxyde de carbone, il dissout le gaz et forme des pluies acides. L'acide faible réagit avec les minéraux silicatés dans les LIP pour former des sédiments carbonatés à longue durée de vie. Chaleureux, les environnements pluvieux accélèrent le processus d'érosion, et donc plus d'érosion se produit lorsque les PLI sont dans des régions proches de l'équateur, qui ont des températures élevées et reçoivent le plus de précipitations.

Les scientifiques ont examiné les impacts climatiques des PLI individuels, mais personne n'avait envisagé le long terme, impacts mondiaux des PLI, alors qu'ils se déplaçaient autour de la Terre sur des continents mouvants.

Les chercheurs ont utilisé des Gplates, un outil logiciel open source qui reconstitue le mouvement des plaques tectoniques à travers l'histoire de la Terre, développé par le groupe EarthByte de Müller à l'Université de Sydney avec des collaborateurs internationaux. Ils ont pris en compte le moment des éruptions du PLI et le nombre de millions d'années que chaque PLI a passé près de l'équateur pour estimer l'érosion. Ensuite, ils ont comparé l'émission et l'absorption de dioxyde de carbone des PLI aux estimations du dioxyde de carbone atmosphérique à l'aide de données indirectes d'une compilation publiée précédemment.

Pour obtenir une comparaison impartiale, les chercheurs ont effectué une analyse en ondelettes, qui est un test statistique qui compare deux ensembles de mesures au fil du temps pour voir si et quand ils sont corrélés.

"Cette analyse élimine les mouvements de bras et nous indique également quand un signal particulier entraîne un autre signal, donc ça nous donne une indication, peut-être, de causalité, ", a déclaré Zahirovic.

Lorsque les chercheurs ont comparé le niveau estimé de dioxyde de carbone dans l'atmosphère avec l'éruption et l'érosion des LIP, ils ont pu identifier plusieurs sauts et creux associés dans le dioxyde de carbone atmosphérique, montrant que ces inondations de basalte ont joué un rôle dans la modulation de la température de la Terre pendant des millions d'années.

"Ce qui m'a surpris, c'est qu'il y a 200 millions d'années, alors que la Pangée se brisait, et l'Atlantique s'ouvrait, la province magmatique de l'Atlantique central a produit une énorme quantité de lave, ", a déclaré Zahirovic.

« Vous pouvez voir que dans l'enregistrement proxy du dioxyde de carbone, il y a une énorme augmentation de dioxyde de carbone [après l'éruption], mais ensuite parce que la province volcanique passe beaucoup de temps dans la ceinture quasi-équatoriale humide, elle est suivie d'une diminution rapide du dioxyde de carbone.

L'éruption et l'altération des PLI ne sont qu'un aspect du cycle du carbone de la Terre, et il y a des moments où l'influence des PLI a probablement pris le pas sur d'autres processus géologiques. Les chercheurs notent également que leur modèle a omis les LIP qui ont éclaté sous l'eau, car ces basaltes ont tendance à être recyclés dans le manteau et sont donc plus difficiles voire impossibles à reconstruire.

Prochain, les chercheurs étudient d'autres façons dont la tectonique des plaques influence le cycle profond du carbone. "Ce que nous essayons de comprendre, ce sont les variations à plus long terme du climat et du cycle du carbone, sur des échelles de temps géologiques, ", a déclaré Zahirovic.

Actuellement, ils compilent une base de données mondiale des ophiolites, qui sont des morceaux de croûte océanique basaltique qui sont projetés sur les continents lors de collisions tectoniques. Comme les LIP, les ophiolites absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère lors de leur vieillissement, et de la même manière que les LIP ont également un doigt sur le thermostat global.