L'extinction de masse la plus grave de l'histoire de la Terre s'est produite avec presque aucun signe avant-coureur, selon une nouvelle étude menée par des scientifiques du MIT, Chine, et ailleurs.

L'extinction de masse de la fin du Permien, qui a eu lieu il y a 251,9 millions d'années, tué plus de 96 pour cent des espèces marines de la planète et 70 pour cent de sa vie terrestre, un anéantissement mondial qui a marqué la fin de la période permienne.

La nouvelle étude, publié aujourd'hui dans le Bulletin de l'AGK , rapporte que dans la trentaine, 000 ans avant l'extinction de la fin du Permien, il n'y a aucune preuve géologique d'espèces commençant à disparaître. Les chercheurs n'ont également trouvé aucun signe de grandes fluctuations de la température des océans ou de flux spectaculaires de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Lorsque les espèces océaniques et terrestres se sont éteintes, ils l'ont fait en masse, sur une période géologiquement instantanée.

"Nous pouvons dire avec certitude qu'il n'y a eu aucune impulsion initiale d'extinction, " déclare le co-auteur de l'étude Jahandar Ramezani, chercheur au Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et sciences planétaires. "Un écosystème marin dynamique s'est poursuivi jusqu'à la toute fin du Permien, et puis bang, la vie disparaît. Et le grand résultat de cet article est que nous ne voyons pas de signaux d'alerte précoce de l'extinction. Tout s'est passé géologiquement très vite."

Les co-auteurs de Ramezani incluent Samuel Bowring, professeur de géologie au MIT, avec des scientifiques de l'Académie chinoise des sciences, le Muséum national d'histoire naturelle, et l'Université de Calgary.

Retrouver les pièces manquantes

Depuis plus de deux décennies, les scientifiques ont essayé de déterminer le moment et la durée de l'extinction de masse de la fin du Permien pour mieux comprendre ses causes possibles. La plus grande attention a été consacrée aux couches bien conservées de roches riches en fossiles dans l'est de la Chine, dans un endroit connu des géologues comme la section Meishan. Les scientifiques ont déterminé que cette section de roches sédimentaires a été déposée dans un ancien bassin océanique, juste avant et un peu après l'extinction de la fin du Permien. En tant que tel, on pense que la section Meishan préserve les signes de la vie et du climat de la Terre avant l'événement calamiteux.

"Toutefois, la section Meishan a été déposée dans un milieu d'eau profonde et est très condensée, " dit Shuzhong Shen de l'Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing en Chine, qui a dirigé l'étude. "Le record de rock peut être incomplet." L'ensemble de l'intervalle d'extinction à Meishan ne comprend que 30 centimètres d'anciennes couches sédimentaires, et il dit qu'il est probable qu'il y a eu des périodes dans ce cadre océanique particulier où les sédiments ne se sont pas déposés, créant des « espaces de dépôt » au cours desquels aucune preuve de la vie ou des conditions environnementales peut ne pas avoir été enregistrée.

En 1994, Shen a pris Bowring, avec le paléobiologiste Doug Erwin, aujourd'hui conservateur des invertébrés paléozoïques au Muséum national d'histoire naturelle et co-auteur de l'article, à la recherche d'un dossier d'extinction plus complet à Penglaitan, une section de roche beaucoup moins étudiée dans la province du Guangxi, dans le sud de la Chine. La section Penglaitan est ce que les géologues considèrent comme "très étendue". Par rapport aux 30 centimètres de sédiments de Meishan, Les couches sédimentaires de Penglaitan représentent 27 mètres beaucoup plus étendus qui ont été déposés au cours de la même période, juste avant que le principal événement d'extinction ne se produise.

"C'est d'une autre partie de l'ancien bassin océanique, qui était plus proche du continent, où vous pourriez trouver des récifs coralliens et beaucoup plus de sédimentation et d'activité biologique, " dit Ramezani. " Donc, nous pouvons voir beaucoup plus, comme dans ce qui se passe dans l'environnement et avec la vie, dans cette même période."

Les chercheurs ont minutieusement collecté et analysé des échantillons de plusieurs couches de la section Penglaitan, y compris des échantillons de lits de cendres qui ont été déposés par l'activité volcanique qui s'est produite lorsque le fond marin à proximité a été écrasé lentement sous la croûte continentale. Ces lits de cendres contiennent des zircons, de minuscules grains minéraux qui contiennent de l'uranium et du plomb, les ratios que les chercheurs peuvent mesurer pour déterminer l'âge du zircon, et le lit de cendres d'où il provient.

Ramezani et ses collègues ont utilisé cette technique de géochronologie, développé en grande partie par Bowring, pour déterminer avec une grande précision l'âge de plusieurs couches de cendres dans la section Penglaitan. De leur analyse, ils ont pu déterminer que l'extinction de la fin du Permien s'est produite soudainement, il y a environ 252 millions d'années, donner ou prendre 31, 000 ans.

"Un coup de poing soudain"

L'équipe a également analysé les couches sédimentaires à la recherche de fossiles, ainsi que les isotopes de l'oxygène et du carbone, ce qui peut renseigner sur la température de l'océan et l'état de son cycle du carbone au moment où les sédiments se sont déposés. D'après les archives fossiles, ils s'attendaient à voir des vagues d'espèces disparaître à l'approche de l'horizon d'extinction final. De la même manière, ils anticipaient de grands changements dans la température et la chimie des océans, cela signalerait la catastrophe imminente.

"Nous pensions que nous assisterions à un déclin progressif de la diversité des formes de vie ou, par exemple, certaines espèces connues pour être moins résistantes que d'autres, nous nous attendrions à ce qu'ils meurent tôt, mais on ne le voit pas, " dit Ramezani. " Les disparitions sont très aléatoires et ne se conforment à aucun type de processus physiologique ou d'effet environnemental. Cela nous fait croire que les changements que nous observons avant l'horizon des événements ne reflètent pas vraiment l'extinction."

Par exemple, les chercheurs ont trouvé des signes que la température de l'océan est passée de 30 à 35 degrés Celsius de la base au sommet de l'intervalle de 27 mètres, une période qui englobe environ 30, 000 ans avant le principal événement d'extinction. Cette variation de température, cependant, n'est pas très significatif par rapport à un réchauffement beaucoup plus important qui s'est produit après la disparition de la plupart des espèces.

"Les grands changements de température surviennent juste après l'extinction, quand l'océan devient vraiment chaud et inconfortable, ", dit Ramezani. "Nous pouvons donc exclure que la température de l'océan ait été un moteur de l'extinction."

Alors qu'est-ce qui a pu causer le coup, effacement global ? L'hypothèse principale est que l'extinction de la fin du Permien a été causée par des éruptions volcaniques massives qui ont craché plus de 4 millions de kilomètres cubes de lave sur ce qui est maintenant connu sous le nom de pièges sibériens, en Sibérie, Russie. Des éruptions aussi immenses et soutenues ont probablement libéré d'énormes quantités de dioxyde de soufre et de dioxyde de carbone dans l'air, chauffer l'atmosphère et acidifier les océans.

Des travaux antérieurs de Bowring et de son ancien étudiant diplômé Seth Burgess ont déterminé que le moment des éruptions des pièges sibériens correspond au moment de l'extinction de la fin du Permien. Mais selon les nouvelles données de l'équipe de la section Penglaitan, même si l'augmentation de l'activité volcanique mondiale a dominé les 400 derniers, 000 ans du Permien, il ne semble pas qu'il y ait eu de disparitions dramatiques d'espèces marines ou de changements significatifs de la température des océans et du carbone atmosphérique dans les 30, 000 ans avant l'extinction principale.

"Nous pouvons dire qu'il y a eu une activité volcanique étendue avant et après l'extinction, ce qui pourrait avoir causé un certain stress environnemental et une instabilité écologique. Mais l'effondrement écologique mondial est venu avec un coup soudain, et nous ne pouvons pas voir son arme fumante dans les sédiments qui enregistrent l'extinction, " dit Ramezani. " La clé de cet article est la brusquerie de l'extinction. Toute hypothèse qui dit que l'extinction a été causée par un changement environnemental progressif au cours de la fin du Permien - tous ces processus lents, nous pouvons exclure. On dirait qu'un coup de poing arrive, et nous essayons toujours de comprendre ce que cela signifiait et ce qui l'a exactement causé."

"Cette étude ajoute beaucoup à la preuve croissante que les principaux événements d'extinction de la Terre se produisent sur des échelles de temps très courtes, géologiquement parlant, " dit Jonathan Payne, professeur de sciences géologiques et de biologie à l'Université de Stanford, qui n'a pas participé à la recherche. "Il est même possible que la principale impulsion de l'extinction du Permien se soit produite en quelques siècles seulement. S'il s'avère qu'elle reflète un point de basculement environnemental dans un intervalle plus long de changement environnemental en cours, cela devrait nous rendre particulièrement préoccupés par les parallèles potentiels avec le changement global qui se produit dans le monde qui nous entoure en ce moment. »

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.