Les événements volcaniques massifs de l'histoire de la Terre, qui ont libéré de grandes quantités de carbone dans l'atmosphère, sont souvent corrélés à des périodes de graves changements environnementaux et à des extinctions massives. Une nouvelle méthode permettant d'estimer la quantité et la rapidité avec laquelle les volcans libèrent du carbone pourrait améliorer notre compréhension de la réponse climatique, selon une équipe internationale dirigée par des chercheurs de Penn State et de l'Université d'Oxford.

Les scientifiques rapportent dans la revue Nature Geoscience qu'ils ont développé une nouvelle technique pour estimer l'excès de mercure laissé dans les archives rocheuses en raison d'une activité volcanique ancienne. La technique peut estimer les émissions de carbone des grandes provinces ignées (LIP), des événements volcaniques qui peuvent durer des millions d'années et produire du magma qui atteint la surface de la Terre et forme des coulées de lave sur des centaines de kilomètres de long.

"Les grandes provinces ignées sont souvent utilisées comme analogue du changement climatique d'origine humaine car elles se produisent relativement rapidement sur le plan géologique et libèrent beaucoup de dioxyde de carbone", a déclaré Isabel Fendley, professeure adjointe de recherche en géosciences à Penn State et auteur principal de l'étude. "Mais l'un des grands défis que nous relevons avec cette étude est qu'à ce jour, il a été très difficile de déterminer exactement la quantité de carbone libérée par ces volcans."

Les chercheurs ont analysé des échantillons de carottes qui capturent un enregistrement de 20 millions d'années de la période jurassique précoce et ont découvert que les niveaux de mercure ont augmenté pendant le pic d'activité de la grande province ignée du Karoo-Ferrar et l'événement anoxique océanique toarcien associé, une période de vastes perturbations environnementales. et le changement climatique il y a environ 185 millions d'années.

Cependant, les émissions totales de carbone estimées à l'aide des enregistrements sur le mercure étaient nettement inférieures à ce que les modèles du cycle du carbone avaient prédit comme étant nécessaire pour provoquer les changements environnementaux observés.

Les résultats suggèrent que le volcanisme a déclenché des rétroactions positives sur le système terrestre – des réponses climatiques et environnementales au réchauffement initial qui, à leur tour, ont produit davantage de réchauffement. Ces rétroactions positives pourraient être aussi importantes que les émissions primaires dans ces scénarios d'émissions de carbone à grande échelle, et les modèles actuels du cycle du carbone pourraient sous-estimer les effets d'une quantité donnée d'émissions, ont déclaré les scientifiques.

"Ce que cela nous montre, c'est qu'il existe des réponses du système terrestre qui exacerbent les effets du carbone émis par les volcans", a déclaré Fendley. "Et d'après nos résultats, ces processus de feedback sont en réalité assez importants mais mal compris."

Des estimations précises des émissions de carbone des PLI sont importantes pour comprendre les impacts des processus de rétroaction positifs et négatifs du cycle du carbone sur les projections climatiques futures, ont déclaré les scientifiques.

"En plus du changement climatique historique et de la compréhension de l'histoire de la vie, cela est également pertinent pour la façon dont nous comprenons le climat de la Terre et dont nous étudions ce qui arrive à l'environnement après le rejet de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère", a déclaré Fendley. P>

L’estimation de la quantité d’émissions de carbone associées aux PLI a été un défi en partie parce que les scientifiques disposent d’un enregistrement incomplet de la quantité de lave en éruption. Le LIP Karoo-Ferrar, par exemple, s'est produit sur l'ancien supercontinent Gondwana, et ces matériaux sont désormais répartis dans tout l'hémisphère sud, couvrant l'Afrique australe, l'Antarctique et la Tasmanie d'aujourd'hui, ont indiqué les scientifiques.

Les chercheurs se sont plutôt tournés vers le mercure, qui est libéré sous forme de gaz lors des éruptions volcaniques mais qui était rarement trouvé en concentrations élevées dans l’environnement avant l’activité humaine. En examinant la chimie des roches dans les échantillons de carottes, les scientifiques ont pu déterminer la quantité de mercure attendue en fonction des conditions environnementales et la quantité supplémentaire causée par les volcans.

Ils ont développé une méthode pour convertir les changements mesurés dans les concentrations de mercure en volume d’émissions de mercure gazeux. En utilisant le rapport entre les émissions de mercure et les émissions de carbone des volcans modernes, ils ont estimé la quantité de carbone libérée par les anciens volcans.

Les chercheurs ont déclaré que les carottes provenant du forage de Mochras au Pays de Galles, au Royaume-Uni, constituaient une opportunité unique de mener cette recherche. Ce long enregistrement a montré la première preuve claire qu'il y a eu des éruptions volcaniques significativement plus importantes au cours de cette période par rapport aux 15 millions d'années précédentes, ont déclaré les scientifiques.

"La grande quantité de données géochimiques existantes provenant du forage de Mochras Farm (Llanbedr) au Pays de Galles, foré par le British Geological Survey, ainsi que la chronologie très bien contrainte, ont fourni une opportunité unique qui a permis cette analyse", a déclaré Fendley. "Les décennies de travaux antérieurs sur le noyau de Mochras nous ont permis de reconstruire les flux de gaz originaux sur des millions d'années, pour des périodes qui sont des cibles traditionnelles pour les études paléo-environnementales ainsi que pour l'état de fond."

Les autres chercheurs de ce projet étaient Joost Frieling, assistant de recherche postdoctoral, ainsi que Tamsin Mather et Hugh Jenkyns, professeurs à l'Université d'Oxford ; Michael Ruhl, professeur adjoint au Trinity College de Dublin; et Stephen Hesselbo, professeur à l'Université d'Exeter.

Plus d'informations : Isabel M. Fendley et al, Les émissions de carbone des grandes provinces ignées du Jurassique inférieur sont contraintes par le mercure sédimentaire, Nature Geoscience (2024). DOI :10.1038/s41561-024-01378-5

Informations sur le journal : Géosciences de la nature

Fourni par l'Université d'État de Pennsylvanie