Les géologues de Princeton Jennifer Kasbohm et Blair Schoene ont utilisé de minuscules cristaux de zircon trouvés dans les cendres volcaniques pour réécrire la chronologie des éruptions des basaltes du fleuve Columbia, une série de coulées de lave massives qui ont coïncidé avec une ancienne période de réchauffement climatique il y a 16 millions d'années. Ici, Josh Murray ('18) se tient au pied d'une falaise qui montre une couche de cendres volcaniques grises, trouvé entre deux coulées de basalte, qui a donné des zircons qui ont limité l'âge du basalte de Wanapum. Crédit :Jennifer Kasbohm, Département de géosciences de l'Université de Princeton
Imaginez un énorme volcan en éruption dans le nord-ouest du Pacifique, verser de la lave sur Washington, Oregon et Idaho. Imaginez la lave inondée jusqu'à ce que les vallées fluviales soient comblées. Jusqu'à ce que les buissons et les arbustes soient enfouis dans la roche liquide. Jusqu'à ce que les arbres les plus hauts soient complètement couverts.
Il y a environ 16 millions d'années, c'est arrivé.
La lave a éclaté en impulsions, enterrant finalement la région à la hauteur d'un immeuble de 30 étages. Si la lave avait été répartie uniformément sur les 48 états inférieurs au lieu de rester concentrée dans le nord-ouest, il couvrirait le pays jusqu'à une profondeur d'environ 80 pieds.
Avant maintenant, la plupart des géologues croyaient qu'il a fallu près de 2 millions d'années pour faire éclater toute cette lave, collectivement connus sous le nom de « basaltes de crue du fleuve Columbia ». Mais les chercheurs de Princeton publient aujourd'hui des résultats qui montrent que cela s'est produit plus de deux fois plus vite qu'on ne le croyait auparavant, avec 95 pour cent d'éruption dans un 750, Fenêtre de 000 ans.
Les basaltes de crue fascinent les géologues depuis des siècles. En tant que plus grand événement volcanique sur Terre, ils ont été impliqués dans des extinctions de masse, comme le plus grand événement d'extinction de l'histoire de la Terre, il y a 252 millions d'années. Il n'y a pas eu d'extinction de masse il y a 16 millions d'années, mais il y a eu un événement climatique majeur à cette époque, connu sous le nom de Miocène Climat Optimum (MMCO), un réchauffement climatique avec des températures élevées et des niveaux élevés de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Les mêmes volcans qui font éclater la roche liquide crachent également des gaz à effet de serre, les géologues se sont donc demandé s'il y avait un lien entre les basaltes d'inondation et l'événement de réchauffement climatique MMCO. Juste un problème :avant maintenant, personne n'était tout à fait sûr du moment de la crue des basaltes du fleuve Columbia.
Les géologues de Princeton Jennifer Kasbohm et Blair Schoene ont utilisé de minuscules cristaux de zircon trouvés dans les cendres volcaniques pour réécrire la chronologie des éruptions des basaltes du fleuve Columbia, une série de coulées de lave massives qui ont coïncidé avec une ancienne période de réchauffement climatique il y a 16 millions d'années. Palouse Falls State Park à Washington présente une excellente exposition des coulées de lave du basalte de Wanapum, la deuxième plus jeune formation du Columbia River Basalt Group. Crédit :Jennifer Kasbohm, Département de géosciences de l'Université de Princeton
"Afin de répondre à la question de savoir si les basaltes de crue du fleuve Columbia ont causé le MMCO, nous devons connaître le moment des éruptions et des changements climatiques aussi précisément que possible, " a déclaré Blair Schoene, professeur agrégé de géosciences.
"Pour faire simple, les gens ne savaient pas exactement quand ni pendant combien de temps le groupe de basalte du fleuve Columbia est entré en éruption, ce qui a rendu difficile l'exploration d'une relation causale avec le MMCO, " a déclaré Jennifer Kasbohm, un étudiant diplômé et auteur principal de l'article paru aujourd'hui dans la revue Avancées scientifiques .
Pour aider à expliquer l'ampleur des éruptions, Kasbohm a établi un parallèle avec l'éruption de l'Eyjafjallajökull de 2010 en Islande. "L'éruption islandaise a fermé des aéroports en Europe pendant une semaine, touchant 10 millions de voyageurs, et il y a eu des interruptions périodiques des compagnies aériennes pour le mois suivant, " a-t-elle dit. " Imaginez maintenant avoir une de ces éruptions islandaises tous les 8 mois pendant 750, 000 ans d'affilée, et cela vous donnerait notre taux d'éruption prévu pour les basaltes du fleuve Columbia."
Trois étudiants de premier cycle ont accompagné Kasbohm et Schoene en laboratoire et sur le terrain, contribuant à leurs recherches tout en réalisant leurs propres projets :Josh Murray de la promotion 2018, Sam Bartusek '20 et Kyle Duffey '19. « Le projet a nécessité sept semaines de travail sur le terrain, avec de nombreux jours au-dessus de 100 degrés Fahrenheit, " dit Kasbohm. " Nous avons rencontré une poignée de serpents à sonnettes, nombreuses araignées, habitants sympathiques et serviables, et nous avons réussi à garder une longueur d'avance sur les incendies de forêt dans la région."
Ils cherchaient des zircons, de minuscules minéraux contenant des traces d'uranium. Heures supplémentaires, la matière naturellement radioactive se désintègre en plomb, les géologues peuvent donc utiliser le rapport uranium/plomb pour calculer exactement l'âge du zircon. Malheureusement pour les géologues, Les coulées de lave basaltique comme les basaltes du fleuve Columbia n'ont pas la bonne chimie pour fabriquer des zircons, donc jusqu'à maintenant, les géologues ont dû se contenter de dates avec des incertitudes de plus d'un million d'années, produit par d'autres méthodes de datation.
"Pour tester un lien de causalité entre le climat et les éruptions, un million d'années ne suffit pas, ", a déclaré Schoene.
Les géologues de Princeton Jennifer Kasbohm et Blair Schoene ont utilisé de minuscules cristaux de zircon trouvés dans les cendres volcaniques pour réécrire la chronologie des éruptions des basaltes du fleuve Columbia, une série de coulées de lave massives qui ont coïncidé avec une ancienne période de réchauffement climatique il y a 16 millions d'années. Jennifer Kasbohm, un étudiant diplômé en géosciences, se dresse sur une couche de frêne rouge doux sur Steens Mountain dans l'Oregon, où elle a trouvé des zircons qui ont limité l'âge de la plus ancienne formation du Columbia River Basalt Group. Crédit :Josh Murray, université de Princeton
Les chercheurs ont contourné le manque de zircons dans les roches de lave en examinant les couches de cendres volcaniques entre les couches de basalte. Les cendres provenaient des volcans Cascade à proximité (y compris le mont Saint Helens), qui contiennent du zircon et ont éclaté à peu près en même temps que les laves massives.
Dans leur laboratoire à Princeton, Kasbohm et Schoene ont séparé des zircons de 0,1 mm des roches vieilles de 16 millions d'années, mesuré les rapports isotopiques de l'uranium et du plomb, et a fixé l'âge des coulées de lave individuelles à quelques dizaines de milliers d'années. "Cette précision est fondamentalement la meilleure que vous puissiez faire avec n'importe quel chronomètre pour des échantillons de cet âge, même si 10, 000 ans semble beaucoup, donc notre méthode est l'étalon-or, " elle a dit.
"C'est l'article le plus important à sortir sur les basaltes du fleuve Columbia depuis une décennie ou deux, " a déclaré Stephen Reidel, professeur-chercheur en géologie à la Washington State University-Tri-Cities, qui a étudié ces coulées de lave depuis 1972 et a contribué à l'analyse de cette recherche. "Jenn et Blair méritent beaucoup de compliments pour avoir pensé à regarder les zircons dans les lits de cendres entre les coulées... Bien sûr, maintenant, nous allons devoir revenir en arrière et recalculer tout ce qui utilisait l'ancienne chronologie ou le taux d'éruption. Ce n'est pas grave, cela fait partie du plaisir."
Avec leur chronologie plus précise, Kasbohm et Schoene ont maintenant montré que le changement climatique préhistorique a commencé très près du début des éruptions, mais des travaux supplémentaires sont nécessaires pour cerner le lien entre eux.
Cet événement de changement climatique vieux de 16 millions d'années est la dernière fois que les concentrations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère ont dépassé les 400 parties par million, jusqu'à la dernière décennie.
"Le MMCO pourrait être un parallèle à notre climat actuel, et des travaux supplémentaires sur le moment et la durée de cet événement nous en diront plus sur la façon dont nous pouvons nous attendre à ce que la Terre se remette du changement climatique anthropique, " a déclaré Kasbohm. Par exemple, si le climat est resté chaud pendant un million d'années après l'arrêt de l'éruption des volcans, comme maintenant semble possible, cela pourrait avoir des implications importantes pour prédire combien de temps l'atmosphère réagira au réchauffement climatique d'origine humaine.
"Le temps compte, " dit Kasbohm, "que nous essayions d'en savoir plus sur le passé ou l'avenir de la Terre. C'est très stimulant d'utiliser de minuscules minéraux pour raconter l'histoire de ces roches volumineuses."
L'article, "Éruption rapide du basalte de crue du fleuve Columbia et corrélation avec l'optimum climatique du Miocène moyen, " est publié dans le numéro du 19 septembre de Avancées scientifiques .
