Il y a environ 250 millions d'années, bien avant que les dinosaures ne parcourent la terre, le réchauffement climatique et les océans acides causés par l'émission volcanique rapide des pièges sibériens ont conduit à l'extinction massive du Permien-Trias, qui a entraîné l'élimination de plus de 95 % des océans marins et 70 % de la vie terrestre.

Alors Mère Nature a fait ce qu'elle fait le mieux :se reconstituer. Mais pourquoi lui a-t-il fallu si longtemps pour le faire ?

C'est ce qu'une équipe internationale de chercheurs dirigée par le professeur Xiao-Ming Liu (Université de Caroline du Nord, sciences de la Terre, de la mer et de l'environnement), son doctorat. L'étudiante Cheng Cao (maintenant boursière postdoctorale, Université de Nanjing) et son ancien boursier postdoctoral Clément P. Bataille (maintenant professeur agrégé, Sciences de la Terre et de l'environnement à l'Université d'Ottawa), ont étudié sur une période de six ans. Leurs découvertes sont publiées aujourd'hui dans Nature Geoscience .

Où la doublure assume un rôle principal

Leur étude démontre l'incroyable lien entre la vie, le climat et la capacité de la Terre à se reconstituer, ainsi que l'impact que la disparition d'un seul organisme (dans ce cas, un seul groupe de minuscules organismes marins, les radiolaires) a contribué à rendre la Terre presque inhabitable pendant des millions d'années.

Leur principal message est que chaque organisme sur cette planète joue un rôle parfois caché mais essentiel pour réguler les cycles biogéochimiques, et qu'il devrait nous encourager à nous pencher sur la conservation et l'intendance de notre planète.

Nous avons rencontré le professeur Bataille pour en savoir plus sur cette étude et son impact :

Professeur Bataille, veuillez expliquer quelle a été votre grande découverte.

Clément Bataille : Avec cette étude, nous proposons une solution pour expliquer le rétablissement prolongé de la vie après l'événement d'extinction de masse le plus grave, l'extinction de masse du Permien-Trias (l'extinction du Permien a été causée par l'éruption volcanique massive des pièges sibériens et le réchauffement et l'océan associés acidification qui a éliminé plus de 95% des espèces marines et 70% des espèces terrestres.).

Pendant des décennies, les scientifiques ont été intrigués par l'absence de rétablissement de la vie après cette extinction massive, combinée à la persistance de conditions environnementales habitables sur la planète. Les mécanismes de régulation typiques observés après d'autres événements d'extinction de masse, en particulier l'altération chimique, semblent avoir échoué à ramener la Terre à des conditions plus habitables après l'extinction de masse du Permien-Trias. Il a fallu plus de 5 millions d'années après la fin du volcanisme massif des pièges sibériens pour que la vie se rétablisse au début du Trias. Nous démontrons que cette récupération prolongée peut s'expliquer par une augmentation de l'altération inverse dans l'océan entraînée par l'extinction de petits micro-organismes appelés radiolaires. Ce mécanisme sous-étudié aurait maintenu un climat de serre chaud et des océans acides pendant des millions d'années, empêchant la vie de se rétablir. Ce n'est que lorsque ces radiolaires ont réapparu après plusieurs millions d'années que la Terre a pu retrouver des conditions habitables et que la vie s'est complètement rétablie.

Quand et où cette recherche a-t-elle eu lieu ?

C.B. : Ces recherches se sont déroulées entre 2016 et 2022. La plupart des analyses ont été menées dans le laboratoire de Xiao-Ming Liu au Département des sciences de la Terre, de la mer et de l'environnement de l'Université de Caroline du Nord, entre 2016 et 2019 par Cheng Cao et Clément P. Bataille. La modélisation a été réalisée par Cheng Cao entre 2018 et 2020. L'article a été rédigé en plusieurs itérations entre 2020 et 2021 par Cheng Cao, Clément P. Bataille et Xiao-Ming Liu. Les résultats ont été si surprenants qu'il nous a fallu plusieurs années pour défendre correctement notre hypothèse.

Quelles sont vos principales conclusions ? Qu'est-ce qui est expliqué que nous ne savions pas ou ne comprenions pas auparavant ?

C.B. : L'extinction de masse du Permien-Trias (il y a 251,9 millions d'années), également appelée familièrement la Grande Mort, est la plus grande extinction de masse connue de l'histoire de notre planète. Lors de cet événement, la majorité des espèces marines et terrestres ont disparu en peu de temps. Cet événement d'extinction de masse a été déclenché par un volcanisme massif, les pièges sibériens, qui a émis des quantités gigantesques de gaz à effet de serre, augmentant le dioxyde de carbone atmosphérique, augmentant la température et acidifiant les océans. Cependant, contrairement à d'autres événements d'extinction de masse où la vie s'est rétablie rapidement et s'est re-diversifiée, il a fallu plus de 5 millions d'années pour que la vie se remette de cette extinction de masse. Les conditions marines et terrestres sont restées inhospitalières pour la vie avec des températures chaudes persistantes, une acidification des océans et une anoxie océanique récurrente pendant des millions d'années.

La persistance de ces conditions a intrigué les scientifiques pendant des années car l'activité volcanique des pièges sibériens s'est arrêtée après quelques centaines de milliers d'années. Habituellement, lorsque les émissions s'arrêtent, la Terre a un mécanisme appelé altération chimique qui agit pour réguler le climat à des conditions plus habitables. L'altération chimique englobe toutes les réactions qui altèrent les roches à la surface de la Terre. Au fur et à mesure que les roches sont altérées, elles libèrent du calcium qui, lorsqu'il est transporté dans l'océan, peut se combiner avec du dioxyde de carbone pour former des carbonates. Grâce à ce mécanisme, la Terre régule son climat, car lorsque la planète se réchauffe, les roches s'altèrent plus rapidement et davantage de roches carbonatées se déposent dans l'océan, réduisant ainsi le dioxyde de carbone atmosphérique et refroidissant le climat.

Cependant, au début du Trias, malgré les preuves d'une altération chimique accrue, ce mécanisme n'a pas réussi à réduire le dioxyde de carbone atmosphérique, le climat est resté très chaud et les océans [restaient] acides, empêchant la vie de revenir. Dans cette étude, nous avons réussi à réconcilier ces observations contradictoires pour expliquer pourquoi les conditions environnementales sont restées inhabitables pendant si longtemps après l'extinction massive qui a presque conduit à la disparition de la vie sur Terre.

Et comment cette recherche a-t-elle été menée ?

C.B. : Dans cette étude, nous avons utilisé des isotopes de lithium dans les carbonates marins du Permien et du Trias précoce pour reconstituer les isotopes de lithium dans l'océan au cours de cette période. Les isotopes sont les différentes formes d'un élément qui existent dans la nature et la proportion de ces isotopes dans les substrats fournit des informations sur les processus qui se produisent sur Terre. Les roches carbonatées précipitent directement de l'océan et pourraient préserver la composition isotopique de l'océan de la période au cours de laquelle elles se sont formées. Notre idée initiale lors de l'utilisation des isotopes du lithium était d'avoir un aperçu des processus d'altération chimique se produisant sur terre pendant la période Permien-Trias.

Il est bien connu que la composition isotopique du lithium dans l'océan réagit aux changements d'altération chimique sur terre parce que les isotopes sont discriminés lors des réactions d'altération chimique. Cependant, lorsque nous avons analysé les isotopes du lithium dans ces anciens carbonates, nous avons découvert que la composition en isotopes du lithium de l'océan avait considérablement diminué juste avant l'extinction et restait à des valeurs extrêmement basses tout au long du Trias inférieur. Nous avons d'abord vérifié que ce signal était réel en nous assurant que nous enregistrions la composition isotopique originale des périodes Permien-Trias.

Une fois cela confirmé, nous ne pouvions pas expliquer la très faible composition isotopique du lithium observée dans l'océan pour cette période en invoquant uniquement les changements dans l'altération chimique terrestre. Quelque chose d'autre devait être en jeu. Nous avons donc concentré notre attention sur un autre mécanisme beaucoup moins étudié appelé altération inverse, dont nous savions qu'il pourrait avoir un impact important sur la composition isotopique du lithium marin. L'altération inverse se produit au fond de l'océan et consiste en la formation d'argiles marines par précipitation de silice et d'autres cations dissous dans l'eau de mer.

Cependant, pour que cette réaction d'altération inverse se produise à un rythme élevé, l'océan doit avoir de fortes concentrations de silice dissoute. Dans l'océan moderne, la concentration de silice dissoute est très faible car de petits organismes appelés silicificateurs (diatomées) absorbent la quasi-totalité de cette silice pour fabriquer leurs coquilles. Ces faibles concentrations de silice limitent considérablement les réactions d'altération inverse sur le fond de l'océan. Cependant, nous avons remarqué qu'au cours du Permien supérieur, ces petits organismes silicificateurs ont disparu. Une fois ces organismes éteints, la silice dissoute dans l'océan augmente rapidement et rien n'empêche l'océan de former des quantités massives d'argiles marines (c'est-à-dire d'augmenter les taux d'altération inverse).

Alors que les réactions d'altération inverse consomment de la silice dissoute, elles émettent malheureusement aussi du dioxyde de carbone. Par conséquent, à mesure que les réactions d'altération inverse augmentaient, les niveaux de dioxyde de carbone atmosphériques maintenaient le réchauffement climatique et l'acidification des océans même après que les volcans Siberian Traps aient cessé d'émettre du dioxyde de carbone. Comme ces petits silicificateurs ne se sont rétablis que plus de 5 millions d'années après l'événement d'extinction de masse du Permien-Trias, les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique sont restés élevés, l'acidification des océans a persisté et les conditions environnementales sont restées largement habitables. Fait intéressant, cela aurait pu se produire même si le taux d'altération chimique sur terre était élevé, expliquant l'observation paradoxale du taux d'altération élevé et du climat de serre du Trias inférieur. Au cours de la période du Trias précoce, la Terre n'a pas réussi à réduire les niveaux élevés de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, car l'altération inverse continuait à émettre de grandes quantités de dioxyde de carbone.

Y a-t-il quelque chose que vous voudriez ajouter ?

C.B. : Cette étude démontre les liens et les rétroactions incroyables entre la vie, le climat et l'habitabilité de la Terre. Il est étonnant de penser à la façon dont la disparition d'un seul groupe de minuscules organismes marins (les radiolaires) a contribué à rendre la Terre presque inhabitable pendant des millions d'années. C'est une grande leçon pour notre époque moderne. Les humains contribuent actuellement à la sixième extinction de masse. Parmi la disparition d'espèces emblématiques comme les grands mammifères terrestres, des centaines d'autres espèces non étudiées disparaissent. Nous devons garder à l'esprit que chaque organisme sur cette planète peut jouer un rôle caché mais essentiel pour réguler les cycles biogéochimiques. Cela devrait encourager chacun d'entre nous à agir pour la conservation et l'intendance de notre belle maison. + Explorer plus loin

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