Comment les plantes et les animaux ont-ils survécu il y a environ 200 millions d'années lorsque la concentration de dioxyde de carbone est passée à 6 000 parties par million ? Paul Olsen, géologue et paléontologue au Lamont-Doherty Earth Observatory de la Columbia Climate School, nous a expliqué ce que les scientifiques savent des niveaux de dioxyde de carbone au fil du temps.

Même si personne n'était là pour mesurer le CO₂ de l'atmosphère concentration il y a des millions d'années, les paléoclimatologues peuvent reconstituer les niveaux de température et de dioxyde de carbone passés à l'aide de carottes de glace, de cernes d'arbres, de coraux, de pollen ancien et de roches sédimentaires. Ces enregistreurs naturels des fluctuations climatiques peuvent également révéler comment divers animaux et plantes ont prospéré ou péri au cours de différentes périodes géologiques.

En étudiant l'ère des dinosaures, par exemple, certains chercheurs disséquent des feuilles qui se sont retrouvées piégées dans des couches de sédiments. "Les petits trous dans la peau des feuilles sont plus fréquents lorsque les niveaux de dioxyde de carbone sont plus faibles", a expliqué Paul Olsen, géologue et paléontologue à l'observatoire terrestre Lamont-Doherty de la Columbia Climate School.

Des scientifiques comme Olsen ont découvert à plusieurs reprises qu'au cours de plusieurs périodes de l'histoire de la Terre, les organismes ont connu des concentrations radicalement plus élevées de dioxyde de carbone et des températures moyennes plus élevées qu'aujourd'hui. Cependant, cela ne signifie pas que tout ira bien si nous continuons à chauffer la planète en brûlant des combustibles fossiles.

"Le problème aujourd'hui n'est pas seulement la hausse de la température mondiale ou des niveaux de dioxyde de carbone. Le problème est le taux de changement", a expliqué Olsen. "Tout au long de la majeure partie de l'histoire de la Terre, les niveaux de dioxyde de carbone ont généralement changé très lentement. Cela a donné aux organismes et à leurs écosystèmes suffisamment de temps pour s'adapter au changement climatique à la fois par l'évolution et la migration."

Les climatologues préviennent qu'au cours du siècle prochain, le taux de changement sera 10 fois plus rapide que n'importe quel modèle climatique qui s'est déroulé au cours des 65 derniers millions d'années. Selon un rapport du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, en raison du taux de réchauffement rapide d'aujourd'hui, jusqu'à 14 % de toutes les plantes et animaux terrestres pourraient être menacés d'extinction dans les décennies à venir.

Les aléas climatiques de la Terre

Au cours de la période cambrienne, qui a duré de 542 millions à 485,4 millions d'années, certaines sources estiment que le CO₂ les niveaux étaient peut-être environ 20 fois plus élevés qu'aujourd'hui, et les températures étaient plus chaudes de 10 degrés Celsius.

Les êtres vivants ne semblaient pas se soucier des conditions torrides. Pendant ce temps, l'oxygénation des océans provoqua un sursaut de vie connu sous le nom d'"explosion cambrienne". Il y avait une gamme variée de créatures marines comme les trilobites, y compris des prédateurs anciens plus grands appelés Anomalocaris et des animaux en forme de limace avec des coquilles. Pendant ce temps, sur terre, les premières plantes ont commencé à prendre racine il y a environ 500 millions d'années, bénéficiant peut-être de niveaux élevés de dioxyde de carbone atmosphérique, a déclaré Olsen.

"Mais les procurations d'il y a 500 à 400 millions d'années ne sont pas si bien élaborées à l'heure actuelle", a-t-il averti. "La plupart des données et des graphiques des niveaux de dioxyde de carbone dans l'histoire de la Terre commencent il y a environ 350 millions d'années."

Au cours de la période ordovicienne (il y a environ 488,3 à 443,8 millions d'années), le niveau de la mer était jusqu'à 220 mètres plus haut qu'aujourd'hui; les régions au nord de la ceinture tropicale étaient sous l'océan. Les poissons primitifs, les algues rouges, les coraux et quelques autres animaux marins comme les céphalopodes et les gastéropodes faisaient partie d'écosystèmes florissants, jusqu'à ce qu'ils soient frappés par une tragédie sans précédent, qui pourrait avoir été déclenchée par des changements soudains de CO_{2 niveaux.}

C'était la première grande extinction de masse sur Terre. Commençant il y a environ 443 millions d'années, il a anéanti environ 85% de toutes les espèces marines pendant jusqu'à deux millions d'années. La cause reste inconnue, mais certains scientifiques pensent qu'elle pourrait avoir été associée à la formation de glaciers massifs et à une baisse drastique du niveau de la mer après que le super-continent Gondwana ait dérivé vers le pôle Sud. Une étude de 2012 a suggéré que les premières plantes terrestres auraient pu faire chuter les températures mondiales en absorbant le CO₂ , déclenchant une ère glaciaire. À l'inverse, dans une étude de 2020, des scientifiques canadiens ont émis l'hypothèse que les éruptions volcaniques généralisées libéraient d'énormes quantités de dioxyde de carbone qui réchauffaient brusquement la planète et déclenchaient deux impulsions d'extinctions massives en deux millions d'années.

Comment les dinosaures ont-ils survécu malgré un taux de CO₂ exceptionnellement élevé ? niveaux ?

La période du Trias (il y a 252 à 201 millions d'années) a lancé l'ère des dinosaures.

"À l'époque, il faisait extrêmement chaud car les concentrations de dioxyde de carbone atmosphérique étaient cinq fois plus élevées que les niveaux actuels", a expliqué Olsen. "Et pourtant, la vie marine et terrestre était florissante."

Au début de la période triasique, le supercontinent de la Pangée englobait la masse continentale des sept continents modernes. Les reptiles ou synapsides ressemblant à des mammifères dominaient le monde. Les grenouilles et les salamandres commençaient tout juste à évoluer. Par la suite, un plus large éventail d'archosaures, un groupe de reptiles comprenant des crocodiliens, des oiseaux et des dinosaures, a pris le relais.

Les premiers dinosaures sont apparus il y a environ 232 millions d'années. Ils étaient aussi petits que des chiens.

Pour le Trias supérieur et le Jurassique antérieur (il y a environ 237 à 174 millions d'années), les scientifiques n'ont trouvé aucune preuve de calottes glaciaires polaires dans les archives fossiles, probablement en raison de niveaux de dioxyde de carbone pouvant atteindre 6 000 parties par million. Au cours de cet état de serre, des forêts denses de conifères et de feuillus couvraient la majeure partie de la Pangée, du pôle Nord et du pôle Sud aux latitudes subtropicales.

Cependant, il y a environ 230 millions d'années, la Pangée a commencé à se désagréger. Alors que l'Amérique du Nord s'éloignait de l'Eurasie et de l'Afrique, le magma s'est introduit dans la croûte terrestre sur une vaste zone, provoquant l'une des éruptions volcaniques les plus importantes de l'histoire de la Terre. Il a déclenché une extinction massive il y a 202 millions d'années qui a éliminé 80 % de tous les organismes, y compris de nombreux types autrefois dominants de grands reptiles tropicaux du Trias, tels que les phytosaures ressemblant à des crocodiles.

La plupart des chercheurs pensent que l'événement d'extinction massive de la fin du Trias est directement lié aux éruptions volcaniques généralisées, a déclaré Olsen. Chaque éruption peut avoir duré de manière continue pendant des dizaines voire des centaines d'années, et il y a eu de nombreuses éruptions. Ils ont été associés à un brusque doublement ou triplement du dioxyde de carbone atmosphérique en peu de temps.

"C'est tout à fait comparable à ce que les humains font à la planète maintenant", a-t-il déclaré. Une étude de 2019 a révélé que les activités humaines libèrent chaque année jusqu'à 100 fois plus de carbone dans l'atmosphère que les volcans.

Les niveaux inhabituellement élevés de dioxyde de carbone il y a 202 millions d'années ont entraîné l'acidification et l'anoxie des océans, ou la perte d'oxygène sous l'eau. Olsen et ses collègues ont identifié ces facteurs comme les principaux moteurs de ce grand événement d'extinction de masse qui a anéanti les invertébrés marins et les coraux.

Dans une étude récente, ils ont découvert que d'énormes quantités de dioxyde de soufre étaient également pompées dans l'atmosphère lors des différentes impulsions d'éruptions volcaniques. Cela a provoqué des périodes de froid intenses, quoique courtes, alors que les aérosols de soufre réfléchissaient la lumière du soleil dans l'espace.

"Cette période froide n'a peut-être duré que quelques années ou 100 ans tout au plus", a expliqué Olsen. Sur terre, les hivers volcaniques ont éliminé les animaux qui n'avaient pas d'isolation comme les plumes, la graisse ou les épaisses couches de fourrure. Les dinosaures suffisamment isolés ont survécu et ont pris le relais.

Après chaque brève période froide, la Terre a connu des dizaines à des centaines de milliers d'années de réchauffement global en raison de l'augmentation brutale des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique due aux éruptions.

Comment les températures mondiales et le CO₂ les niveaux se stabilisent avant que les gens n'arrivent ?

Des concentrations extrêmement élevées de dioxyde de carbone disparaissent de l'atmosphère par trois mécanismes majeurs. La première est que l'océan en absorbe de grandes quantités pour créer un équilibre dans l'atmosphère.

Le deuxième mécanisme de la Terre pour aspirer le CO₂ hors de l'air se fait par l'altération des roches. Les produits de ce type de séquestration naturelle du carbone finissent dans les océans sous forme de calcaire.

Le troisième mécanisme est la photosynthèse. Les plantes absorbent le dioxyde de carbone, et si elles sont enfouies dans les sédiments avant de se décomposer, le carbone de leurs tissus est stocké sous terre. Ces trois mécanismes se produisent lentement sur plusieurs milliers d'années.

"Mais lorsque la Terre connaît des changements rapides dans les concentrations de CO₂ atmosphérique — comme ce que nous vivons aujourd'hui à cause des activités humaines — ces trois mécanismes ne réagissent pas assez vite pour compenser les taux de changement stupéfiants », a expliqué Olsen.

Au cours des 60 dernières années, le taux annuel d'augmentation du CO atmosphérique₂ a été 100 fois plus rapide que les augmentations naturelles relativement récentes qui ont eu lieu il y a environ 17 000 ans à la fin de la dernière période glaciaire. En 2021, la concentration moyenne mondiale de CO₂ a atteint son plus haut niveau enregistré de 414,72 ppm.

"Ceci est similaire au taux de changement qui s'est produit il y a environ 202 millions d'années, après de gigantesques éruptions volcaniques et aussi, après des impacts d'astéroïdes qui ont déclenché la cinquième extinction de masse il y a environ 66 millions d'années", a ajouté Olsen.

Les humains pourraient-ils survivre à des conditions climatiques hostiles comme celles de l'âge des dinosaures ?

Bien que la Terre ait connu d'innombrables fluctuations des niveaux de dioxyde de carbone dans le passé, la plupart d'entre elles se sont produites à des taux auxquels les organismes ont pu s'adapter et évoluer au changement climatique. Cela est moins probable au rythme rapide du réchauffement actuel.

"Le taux de changement que nous connaissons aujourd'hui en raison des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine est parmi les plus élevés que la Terre ait jamais vus", a déclaré Olsen. "Des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone dans l'atmosphère sont des états normaux pour notre planète. Notre état actuel plus bas est inhabituel. Pourtant, c'est ce taux de changement qui est le plus important."

Olsen a émis l'hypothèse que même avec un CO atmosphérique extrêmement élevé₂ niveaux de 6 000 ppm qui ont été enregistrés à l'ère des dinosaures et au réchauffement climatique qui a suivi, les humains pourraient potentiellement survivre, grâce aux progrès technologiques plutôt qu'à l'évolution.

Et même si les régions intérieures des continents seraient insupportablement chaudes, les endroits à des latitudes plus élevées peuvent encore être frais et habitables.

Cependant, avec des taux élevés de changement climatique sur de courtes périodes, Olsen a averti qu'il y aura des perturbations sociales importantes en raison des ressources limitées en nourriture et en eau, entraînant des guerres et des conflits.

En d'autres termes, notre espèce pourrait théoriquement survivre, mais nous ne vivrions probablement pas notre meilleure vie. + Explorer plus loin

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Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.