Une nouvelle analyse des isotopes du strontium dans les sédiments marins a permis aux scientifiques de reconstituer les fluctuations de la chimie des océans liées aux conditions climatiques changeantes au cours des 35 derniers millions d'années.

Les résultats, publié le 26 mars dans Science , fournir de nouvelles informations sur le fonctionnement interne du cycle mondial du carbone et, en particulier, les processus par lesquels le carbone est retiré de l'environnement par le dépôt de carbonates.

"Le strontium est très similaire au calcium, il s'incorpore donc aux coquilles de carbonate de calcium des organismes marins, " a expliqué l'auteur principal Adina Paytan, professeur de recherche à l'Institut des sciences marines de l'UC Santa Cruz.

Paytan et ses coauteurs ont examiné les rapports de différents isotopes du strontium, y compris les isotopes radiogéniques (produits par la désintégration radioactive) et les isotopes stables, qui fournissent des informations complémentaires sur les processus géochimiques. Ils ont découvert que le rapport isotopique stable du strontium dans l'océan a considérablement changé au cours des 35 derniers millions d'années, et ça change encore aujourd'hui, impliquant de grands changements dans la concentration de strontium dans l'eau de mer.

"Ce n'est pas dans un état stable, alors ce qui entre dans l'océan et ce qui en sort ne correspondent pas, " Paytan a dit. " La composition en strontium de l'eau de mer change en fonction de comment et où les carbonates sont déposés, et qui est influencé par les changements du niveau de la mer et du climat."

Les fluctuations des rapports isotopiques du strontium analysées dans cette étude reflètent l'effet combiné des changements dans l'équilibre global des processus géologiques, y compris l'altération des roches sur terre, activité hydrothermale, et la formation de sédiments carbonatés en eaux profondes et peu profondes, environnements marins côtiers.

Les dépôts de carbonate en haute mer proviennent du plancton marin comme les coccolithophores et les foraminifères, qui construisent leurs coquilles de la calcite minérale de carbonate de calcium. En eau peu profonde sur les plateaux continentaux, les coraux durs sont plus abondants, et ils construisent leurs squelettes d'un minéral différent de carbonate de calcium, aragonite, qui incorpore plus de strontium que de calcite.

"Quand les coraux se forment, ils éliminent le strontium, et quand ils sont exposés, ce strontium se lave et retourne dans l'océan, " Paytan a dit. "Avec les changements du niveau de la mer, plus ou moins du plateau continental où poussent les coraux est exposé, ce qui a un impact sur la composition en strontium de l'eau de mer."

Les dépôts de carbonate alimentent également le système climatique, parce que l'océan absorbe le dioxyde de carbone de l'atmosphère, et le dépôt de carbonate à des échelles de temps géologiques élimine le carbone du système. Le cycle mondial du carbone et le dioxyde de carbone atmosphérique sont étroitement liés au changement climatique, à la fois à long terme et pendant les hauts et les bas récurrents des récents cycles glaciaires.

« Le nouveau type d'informations que nous pouvons lire à partir des isotopes stables du strontium nous permet désormais d'examiner de près la fin commerciale du cycle mondial du carbone, lorsque le carbone est retiré de l'environnement et déposé dans les lits carbonatés marins, " a déclaré le co-auteur Mathis Hain, professeur assistant en sciences de la Terre et des planètes à l'UCSC.

"Ces résultats ouvrent une nouvelle fenêtre pour nous permettre de voir comment le cycle mondial du carbone s'est ajusté au niveau de la mer et au changement climatique à travers le temps géologique, ", a-t-il ajouté. "Nous aurons besoin de ces informations pour guider notre réponse à notre urgence climatique actuelle et pour atténuer les pires effets de l'acidification des océans."

Les chercheurs ont pu reconstituer un enregistrement robuste et détaillé des variations isotopiques du strontium dans l'eau de mer sur la base d'une analyse de la barytine marine extraite de carottes de sédiments d'eau profonde.

"Des enregistrements comme celui-ci sont essentiels pour comprendre comment notre terre fonctionne au cours des temps géologiques, " a déclaré Elizabeth Griffith, co-auteur de l'Ohio State University. " Notre équipe internationale a travaillé ensemble pour créer cet enregistrement unique et expliquer son importance grâce à la modélisation mathématique, ainsi nous pouvons reconstituer les changements dans le passé lorsque les conditions climatiques étaient différentes. L'espoir est de mieux comprendre comment notre planète bleue pourrait fonctionner à l'avenir."