Les changements climatiques extrêmes, dus à la libération de dioxyde de carbone, à la dégradation de la couche d'ozone due à l'injection de produits chimiques nocifs et aux émissions de polluants toxiques, sont tous considérés comme des facteurs contributifs. Un élément toxique se démarque :le mercure. Étant l'un des éléments les plus toxiques sur Terre, le Hg est un métal émis par les volcans sous forme gazeuse et a donc la capacité de se propager dans le monde entier.

Une nouvelle étude dans Nature Communications ajoute de nouvelles preuves convaincantes des effets combinés du réchauffement climatique et de la pollution généralisée au mercure qui ont continué à stresser les plantes longtemps après la fin de l'activité volcanique.

Une équipe internationale de scientifiques néerlandais, chinois, danois, britanniques et tchèques a étudié les sédiments du nord de l'Allemagne dans une carotte de forage (Schandelah-1) qui s'étend du Trias supérieur au Jurassique inférieur à la recherche de microfossiles et de signaux géochimiques. Une étude de l'abondance du pollen et des spores a révélé une profusion de spores de fougère présentant une gamme de malformations, allant d'anomalies dans la structure des parois à des preuves de divisions méiotiques bâclées, conduisant à des spores de fougère non séparées, naines et fusionnées.

"Voir la quantité et les différents types de spores de fougères mal formées dans des échantillons de sédiments d'un lagon côtier, datant d'il y a 201 millions d'années, est vraiment étonnant. Cela signifie qu'il a dû y avoir de très nombreuses fougères stressées", explique Remco Bos, professeur .D. candidat à l’Université d’Utrecht et auteur principal de l’étude. "Ce n'est pas non plus quelque chose que nous voyons régulièrement à d'autres périodes qui contiennent également de nombreux fossiles de fougères, ce qui en fait un véritable signal lié à l'événement d'extinction massive de la fin du Trias."

Déforestation et fougères

Les résultats de Bos et des co-auteurs confirment les travaux antérieurs des co-auteurs Sofie Lindström (Université de Copenhague), Hamed Sanei (Université d'Aarhus) et Bas van de Schootbrugge (Université d'Utrecht), qui ont précédemment produit des données similaires obtenues à partir de carottes du Danemark. et des affleurements voisins en Suède.

Selon Sofie Lindström, « les fougères ont remplacé les arbres tout au long de l'intervalle d'extinction en réponse à des changements environnementaux dramatiques probablement provoqués par le stress thermique, une forte augmentation des précipitations de mousson et une activité accrue des incendies de forêt. Les résultats palynologiques montrent que la végétation pionnière des fougères s'est répandue sur de vastes étendues de plaines côtières. en Europe du Nord-Ouest, de la Suède et du Danemark à l'Allemagne, la France, le Luxembourg et l'Autriche, en réponse à une déforestation généralisée."

Les fougères sont des plantes rustiques, colonisant souvent des environnements perturbés, notamment des îles volcaniques nouvellement formées ou des paysages dévastés par le volcanisme ou les incendies de forêt. "Ce qui est extraordinaire ici, c'est que les fougères qui produisaient toutes ces spores mal formées dans tous ces différents sites n'ont pas disparu. Alors que d'autres plantes ont disparu, les fougères étaient apparemment suffisamment robustes pour continuer, ce qui pourrait également être lié à leur tolérance différente au mercure. "

Variabilité climatique

Dans cette nouvelle étude, Bos et ses co-auteurs montrent que les fougères, qui ont profité du dépérissement des forêts, ont elles-mêmes été soumises au stress de la pollution au Hg bien au-delà de l'intervalle d'extinction immédiat.

"Nous avons trouvé quatre autres intervalles présentant des niveaux élevés de concentrations de Hg et un nombre élevé de spores mal formées dans les 1,3 à 2 millions d'années qui ont suivi l'intervalle d'extinction", explique Remco Bos. Cet intervalle, connu sous le nom d'Hettangien, était une période de conditions océaniques toujours défavorables, avec une diversité généralement faible parmi les invertébrés marins, tels que les ammonites et les bivalves. Sur terre, cependant, la végétation semble s'être rétablie plus rapidement.

"Nous montrons maintenant que cet écosystème forestier a continué à être perturbé à plusieurs reprises pendant au moins 1,3 million d'années, mais peut-être aussi longtemps que 2 millions d'années", explique Bos.

Les quatre épisodes supplémentaires de concentrations élevées de Hg et de malformations élevées de spores de fougères n'étaient probablement pas liés aux phases ultérieures du volcanisme de la province magmatique de l'Atlantique central. Au lieu de cela, Bos et ses co-auteurs montrent que ces périodes correspondent étroitement au long cycle d'excentricité, la variation majeure dans la forme de l'orbite terrestre qui rapproche ou éloigne la Terre du soleil tous les 405 000 ans.

Pendant les maxima d’excentricité, la Terre se rapproche du soleil, permettant à davantage de lumière solaire d’atteindre la surface de la Terre. Comme l'atmosphère terrestre était déjà surchargée de dioxyde de carbone en raison du volcanisme à grande échelle, cette modulation cyclique du système climatique a déclenché à plusieurs reprises le dépérissement des forêts, permettant une nouvelle propagation des fougères pionnières.

Comme le montre la corrélation avec des teneurs élevées en Hg, les malformations des spores de fougères au cours de ces épisodes étaient également le résultat d'un empoisonnement au mercure. Mais d'où vient ce Hg ?

Isotopes du mercure

Un ensemble de données cruciales a été généré à l’Université de Tianjin (Chine) par Wang Zheng, auteur co-correspondant et géochimiste spécialisé dans les études sur les isotopes métalliques, en particulier les isotopes du mercure. Mercure possède différents isotopes stables qui se comportent différemment dans l'environnement.

Au cours de réactions dans la nature, par exemple l'expulsion du volcanisme, le dépôt de l'atmosphère et l'absorption par les organismes, les isotopes du mercure peuvent être fractionnés, enrichissant un pool en isotopes plus lourds et d'autres en isotopes plus légers. Les sédiments présentant des niveaux élevés de Hg et des spores malformées présentent également de nettes variations des isotopes du Hg.

"Sur la base des variations isotopiques du mercure, nous avons pu lier une impulsion initiale d'enrichissement en mercure à la limite Trias-Jurassique à l'émission de mercure provenant du volcanisme de basalte d'inondation", explique Wang Zheng. "Cependant, les quatre autres impulsions de mercure avaient une composition isotopique différente, ce qui indique qu'elles étaient principalement dues à l'apport de Hg provenant de l'érosion du sol et de la réduction photochimique."

Changement climatique et pollution toxique

Les données géochimiques et microfossiles combinées dressent ainsi le tableau d'une séquence d'événements beaucoup plus complexe et plus longue, commençant par un volcanisme massif entraînant le changement climatique et libérant des polluants toxiques, suivi par des impulsions épisodiques de perturbations à la suite de l'événement d'extinction qui ont duré pendant plusieurs années. au moins 1,3 million d'années.

Le Dr Tomas Navratil de l'Académie tchèque des sciences, co-auteur de l'article et spécialiste de la pollution actuelle par le mercure, est d'accord avec ce scénario. "Nos travaux sur des sites pollués en République tchèque montrent des preuves d'une remobilisation épisodique des sols forestiers, en particulier pendant les étés chauds, et dans des endroits plus exposés au soleil, provoquant la réduction photochimique du mercure et sa réémission dans l'atmosphère. mercure stocké."

"Nous savons que les événements d'extinction massive étaient des événements complexes et de longue durée. Ici, nous montrons qu'un mélange de réchauffement à effet de serre et de pollution a conduit à une perturbation continue de l'écosystème. Les écosystèmes côtiers ont probablement le plus souffert en recevant de grandes quantités de mercure mobilisé provenant d'un vaste bassin versant. zones."

"Finalement, le système s'est rétabli au cours du Sinémurien, lorsque nous voyons apparaître des biomes forestiers stables. Il est probable qu'à ce moment-là, la Terre avait nettoyé les dégâts, les niveaux de dioxyde de carbone ont baissé et le mercure a été définitivement enfoui dans les sédiments marins au large. " conclut Bos.