Il y a environ 120 millions d'années, la terre a subi une perturbation environnementale extrême qui a étouffé l'oxygène de ses océans.

Connu sous le nom d'événement anoxique océanique (OAE) 1a, l'eau privée d'oxygène a entraîné une extinction de masse mineure, mais significative, qui a touché le globe entier. À cet âge du Crétacé inférieur, une famille entière de nannoplancton marin a pratiquement disparu.

En mesurant l'abondance des isotopes du calcium et du strontium dans les fossiles de nannoplancton, Les scientifiques du nord-ouest de la Terre ont conclu que l'éruption de la grande province ignée (LIP) du plateau d'Ontong Java a directement déclenché l'OAE1a. Environ la taille de l'Alaska, le LIP Ontong Java a éclaté pendant sept millions d'années, ce qui en fait l'un des événements LIP les plus importants jamais connus. Pendant ce temps, il a craché des tonnes de dioxyde de carbone (CO 2 ) dans l'atmosphère, poussant la Terre dans une période de serre qui acidifiait l'eau de mer et étouffait les océans.

"Nous remontons le temps pour étudier les périodes de serre parce que la Terre se dirige maintenant vers une autre période de serre, " a déclaré Jiuyuan Wang, un doctorat du nord-ouest. étudiant et premier auteur de l'étude. "La seule façon de regarder vers l'avenir est de comprendre le passé."

L'étude a été publiée en ligne la semaine dernière (16 décembre) dans la revue Géologie . Il s'agit de la première étude à appliquer des mesures d'isotopes stables du strontium à l'étude d'événements anoxiques océaniques anciens.

Andrew Jacobson, Bradley Sageman et Matthew Hurtgen, tous professeurs de sciences de la Terre et des planètes au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern, sont les coauteurs de l'article. Wang est co-conseillé par les trois professeurs.

Indices à l'intérieur des noyaux

Les coquilles de nanoplancton et de nombreux autres organismes marins construisent leurs coquilles à partir de carbonate de calcium, qui est le même minéral que l'on trouve dans la craie, calcaire et quelques comprimés antiacides. Lorsque le CO atmosphérique 2 se dissout dans l'eau de mer, il forme un acide faible qui peut inhiber la formation de carbonate de calcium et peut même dissoudre le carbonate préexistant.

Pour étudier le climat de la terre au Crétacé inférieur, les chercheurs de Northwestern ont examiné un 1, Carotte de sédiments de 600 mètres de long prélevée dans les montagnes du milieu du Pacifique. Les carbonates du noyau se sont formés dans une eau peu profonde, environnement tropical il y a environ 127 à 100 millions d'années et se trouvent actuellement dans l'océan profond.

« Quand vous considérez le cycle du carbone de la Terre, le carbonate est l'un des plus grands réservoirs de carbone, " dit Sageman. " Quand l'océan s'acidifie, il fond essentiellement le carbonate. Nous pouvons voir ce processus avoir un impact sur le processus de biominéralisation des organismes qui utilisent du carbonate pour construire leurs coquilles et squelettes en ce moment, et c'est une conséquence de l'augmentation observée du CO atmosphérique 2 en raison des activités humaines.

Le strontium comme preuve corroborante

Plusieurs études antérieures ont analysé la composition isotopique du calcium du carbonate marin du passé géologique. Les données peuvent être interprétées de différentes manières, cependant, et le carbonate de calcium peut changer au cours du temps, obscurcissant les signaux acquis lors de sa formation. Dans cette étude, les chercheurs de Northwestern ont également analysé les isotopes stables du strontium, un oligo-élément trouvé dans les fossiles de carbonate, pour obtenir une image plus complète.

« Les données sur les isotopes du calcium peuvent être interprétées de diverses manières, ", a déclaré Jacobson. "Notre étude exploite les observations selon lesquelles les isotopes du calcium et du strontium se comportent de la même manière lors de la formation de carbonate de calcium, mais pas pendant l'altération qui se produit lors de l'enterrement. Dans cette étude, l'isotope calcium-strontium « multi-proxy » fournit des preuves solides que les signaux sont « primaires » et se rapportent à la chimie de l'eau de mer pendant l'OAE1a. »

"Les isotopes stables du strontium sont moins susceptibles de subir une altération physique ou chimique au fil du temps, " ajouta Wang. " Les isotopes du calcium, d'autre part, peut être facilement modifié dans certaines conditions.

L'équipe a analysé les isotopes du calcium et du strontium à l'aide de techniques de haute précision dans le laboratoire propre de Jacobson à Northwestern. Les méthodes consistent à dissoudre des échantillons de carbonate et à séparer les éléments, suivi d'une analyse avec un spectromètre de masse à ionisation thermique.

Les chercheurs soupçonnent depuis longtemps que les éruptions du LIP provoquent l'acidification des océans. "Il existe un lien direct entre l'acidification des océans et le CO atmosphérique 2 niveaux, ", a déclaré Jacobson. "Notre étude fournit des preuves clés liant l'éruption du LIP du plateau Ontong Java à l'acidification des océans. C'est quelque chose que les gens s'attendaient à ce que ce soit le cas sur la base des indices des archives fossiles, mais les données géochimiques manquaient.

Modélisation du réchauffement futur

En comprenant comment les océans ont réagi au réchauffement extrême et à l'augmentation du CO atmosphérique 2 , les chercheurs peuvent mieux comprendre comment la terre réagit au courant, changement climatique d'origine humaine. Les humains poussent actuellement la terre dans un nouveau climat, qui acidifie les océans et provoque probablement une autre extinction de masse.

"La différence entre les périodes de serre passées et le réchauffement actuel causé par l'homme réside dans l'échelle de temps, " a déclaré Sageman. " Les événements passés se sont déroulés sur des dizaines de milliers à des millions d'années. Nous produisons le même niveau de réchauffement (ou plus) en moins de 200 ans."

« La meilleure façon de comprendre l'avenir est la modélisation informatique, " a ajouté Jacobson. " Nous avons besoin de données climatiques du passé pour aider à façonner des modèles plus précis du futur. "