Les dépôts volcaniques à la fois sur terre et sur le fond marin sont rapidement altérés, libérant des nutriments comme le phosphore dans les océans (l’exemple montré ici est Montserrat, Antilles). Crédit : Dr Tom Gernon/Université de Southampton
Des scientifiques de l’Université de Southampton ont découvert que deux périodes intenses de volcanisme ont déclenché une période de refroidissement global et de baisse des niveaux d’oxygène dans les océans, ce qui a provoqué l’une des extinctions de masse les plus graves de l’histoire de la Terre.
Les chercheurs, en collaboration avec des collègues de l’Université d’Oldenburg, de l’Université de Leeds et de l’Université de Plymouth, ont étudié les effets des cendres volcaniques et de la lave sur la chimie des océans pendant une période de changements environnementaux extrêmes il y a environ 450 millions d’années. Leurs résultats sont publiés dans la revue Géosciences de la nature.
Cette période a entraîné un refroidissement planétaire intense, qui a abouti à une glaciation et à la majeure « Extinction de masse de la fin de l’Ordovicien ». Cette extinction a entraîné la perte d’environ 85 % des espèces vivant dans les océans, remodelant le cours de l’évolution de la vie sur Terre.
Les dépôts volcaniques à la fois sur terre et sur le fond marin sont rapidement altérés, libérant des nutriments comme le phosphore dans les océans (l’exemple montré ici est Montserrat, Antilles). Crédit : Dr Tom Gernon/Université de Southampton
« Il a été suggéré que le refroidissement global était dû à une augmentation de l’apport de phosphore dans les océans », explique le Dr Jack Longman, auteur principal de l’étude basée à l’Université d’Oldenburg et auparavant chercheur postdoctoral à Southampton. « Le phosphore est l’un des éléments clés de la vie, déterminant le rythme auquel de minuscules organismes aquatiques comme les algues peuvent utiliser la photosynthèse pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) en matière organique. Ces organismes finissent par s’installer au fond de la mer et sont enterrés, réduisant finalement les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, ce qui provoque alors un refroidissement.
« L’énigme non résolue est la raison pour laquelle la glaciation et l’extinction se sont produites en deux phases distinctes à cette époque, séparées par environ 10 millions d’années », déclare le Dr Tom Gernon, professeur agrégé à l’Université de Southampton et co-auteur de l’étude. “Cela nécessite un mécanisme pour pulser l’approvisionnement en phosphore, ce qui est difficile à expliquer.”
L’équipe a identifié que deux impulsions exceptionnellement importantes d’activité volcanique à travers le monde, se produisant dans certaines parties de l’Amérique du Nord et de la Chine méridionale actuelles, coïncidaient très étroitement avec les deux pics de glaciation et d’extinction. “Mais les explosions intenses de volcanisme sont plus généralement liées à un CO massif2 libération, qui devrait entraîner le réchauffement climatique, donc un autre processus doit être responsable des événements de refroidissement soudains », explique le Dr Gernon.
Cela a incité l’équipe à se demander si un processus secondaire – une dégradation naturelle ou une « altération » du matériau volcanique – pouvait avoir fourni l’augmentation de phosphore nécessaire pour expliquer les glaciations.
Le changement climatique brutal à la fin de la période ordovicienne (il y a environ 450 à 440 millions d’années) a provoqué la deuxième plus grande extinction de masse de l’histoire de la Terre, y compris la disparition du trilobite Selenopeltis (photo, musée d’histoire naturelle de l’Université d’Oxford). Crédit : Dr Tom Gernon/Université de Southampton
“Lorsque des matériaux volcaniques se déposent dans les océans, ils subissent une altération chimique rapide et profonde, y compris la libération de phosphore, fertilisant efficacement les océans”, déclare le co-auteur, le professeur Martin Palmer de l’Université de Southampton. « Donc, cela semble une hypothèse viable et vaut certainement la peine d’être testée. »
“Cela a conduit notre équipe à étudier les couches de cendres volcaniques dans des sédiments marins beaucoup plus jeunes pour comparer leur teneur en phosphore avant et après leur modification par les interactions avec l’eau de mer”, a déclaré le Dr Hayley Manners, maître de conférences en chimie organique à l’Université de Plymouth. Munie de ces informations, l’équipe était mieux placée pour comprendre l’impact géochimique potentiel des vastes couches volcaniques des énormes éruptions de l’Ordovicien.
“Cela nous a incités à développer un modèle biogéochimique mondial pour comprendre les effets d’entraînement sur le cycle du carbone de l’ajout rapide d’une poussée de phosphore lessivé des dépôts volcaniques dans l’océan”, explique le Dr Benjamin Mills, professeur agrégé à l’Université de Leeds. et co-auteur de l’étude.
L’équipe a découvert que de vastes couvertures de matériaux volcaniques déposées sur le fond marin pendant la période ordovicienne auraient libéré suffisamment de phosphore dans l’océan pour entraîner une chaîne d’événements, notamment un refroidissement climatique, une glaciation, une réduction généralisée des niveaux d’oxygène dans l’océan et une extinction massive.
S’il peut être tentant de penser qu’ensemencer les océans avec du phosphore peut aider à résoudre la crise climatique actuelle, les scientifiques avertissent que cela pourrait avoir des conséquences plus dommageables. “Le ruissellement excessif de nutriments provenant de sources telles que les engrais agricoles est une cause majeure d’eutrophisation marine – où les algues se développent rapidement puis se décomposent, consommant de l’oxygène et causant des dommages substantiels aux écosystèmes à l’heure actuelle”, prévient le Dr Mills.
Les scientifiques concluent que, bien que sur de courtes échelles de temps, des éruptions volcaniques massives puissent réchauffer le climat via le CO2 de même qu’ils peuvent entraîner un refroidissement mondial sur des échelles de temps de plusieurs millions d’années. “Notre étude pourrait inciter à réexaminer d’autres extinctions de masse au cours de l’histoire de la Terre”, conclut le Dr Longman.
Référence : « Le changement climatique et les extinctions de l’Ordovicien tardif entraînés par un apport élevé en nutriments volcaniques » 2 décembre 2021, Géosciences de la nature.
DOI : 10.1038 / s41561-021-00855-5
