Extinction massive du milieu marin au Permien liée à l'anoxie induite par le volcanisme

Les extinctions massives sont des diminutions mondiales rapides de la biodiversité terrestre, avec cinq événements clés identifiés au cours de l'histoire de la planète, dont le plus célèbre s'est produit il y a environ 66 millions d'années au Crétacé, qui a mis fin au règne des dinosaures. Cependant, la plus grande extinction massive est attribuée au Permien, au cours duquel on estime que plus de 95 % de toute la vie sur Terre a été éradiquée.

La cause de cet événement dévastateur est encore débattue, les partisans d'un impact important d'astéroïde qui a provoqué un panache de poussière dans l'atmosphère, bloquant la lumière du soleil et générant des pluies acides, ou d'un volcanisme important qui a libéré de grandes quantités de CO.₂ dans l’atmosphère et a rendu les océans toxiques pour la vie marine.

Nouvelle recherche publiée dans Géologie Chimique apporte un soutien supplémentaire à cette dernière théorie. Yu Wang, de l'Université de Nanjing, et ses collègues ont mené des expériences géochimiques sur des échantillons de sédiments obtenus de la carrière de Zhigao, dans la région du cours supérieur du fleuve Yangtze, en Chine. Au sein des échantillons, les scientifiques ont identifié une importante anomalie de mercure, hébergée dans la matière organique, associée à un pic d'isotopes du carbone.

Cette excursion négative de l’isotope du carbone 13 est interprétée comme étant causée par des rejets massifs de carbone dans l’atmosphère, probablement dus à des éruptions volcaniques, et ces événements constituent également une source majeure de mercure dans la nature. En effet, le moment de cette excursion coïncide avec l'activité volcanique connue des pièges d'Emeishan, au Sichuan, une vaste zone (>250 000 km²) de basaltes d'inondation créant une grande province ignée.

Les éléments traces tels que le molybdène, l'uranium et le vanadium présents dans les échantillons de sédiments sont susceptibles de subir des conditions réductrices et oxydantes, avec trois pics notables indiquant des conditions anoxiques lorsque les océans étaient appauvris en oxygène dissous. En plus de cela, une baisse significative du niveau de la mer au cours du Capitanien (il y a environ 264 à 259 millions d'années) est mise en évidence par le carbone organique d'origine terrestre, tandis que des ratios plus faibles des éléments cadmium et molybdène suggèrent une remontée affaiblie ou saisonnière d'éléments nutritifs froids. eaux riches.

Les données géochimiques et la diminution des algues calcaires et des foraminifères fusulinacés dans les échantillons de chert, de mudstone et de calcaire indiquent une anoxie marine et une stratification plus prononcée de la colonne d'eau. Dans de telles conditions, des zones minimales d’oxygène se sont probablement développées, avec des zones persistantes de conditions pauvres en oxygène qui auraient inhibé la survie des organismes.

L’équipe de recherche propose un modèle volcanique-climatique-océanique en trois étapes pour expliquer comment le volcanisme à grande échelle a conduit à une crise biotique dans les océans au cours du Capitanien, menant à l’extinction massive ultime de la fin du Permien. Au cours de la première étape, le site d’étude faisait partie d’une plate-forme carbonatée reliée à l’océan Paléo-Téthys, située le long de la marge nord de l’ancien supercontinent Gondwana. Cet environnement marin peu profond, riche en oxygène, a connu une circulation océanique vigoureuse avec des remontées d'eaux riches en nutriments, idéales pour le développement de la vie marine, avec des traces d'algues, de brachiopodes et de coraux dans les sections du haut Yangtze.

Au cours de la phase 2, l’apparition du volcanisme a commencé au début du Capitanien, avec un dégagement important de gaz à effet de serre entraînant un réchauffement climatique de 3°C à 5°C. Cela a coïncidé avec l'élévation du niveau de la mer provoquée par l'affaissement régional, exacerbant ainsi la stratification de la colonne d'eau et l'anoxie marine, car les océans plus chauds réduisaient la concentration d'oxygène dissous. Alors que les nutriments ont été amenés à la surface par l'activité volcanique, la productivité primaire à la surface de l'océan a utilisé la majeure partie de cet oxygène pour la respiration et la décomposition de la matière organique, générant des zones minimales d'oxygène appauvries en dessous.

L’étape 3 est caractérisée par un déclin du volcanisme et un retour à des conditions marines moins profondes, avec une augmentation de la matière organique transportée de la terre vers l’océan, ainsi qu’une circulation marine revigorée qui a ramené des conditions oxiques. Cela a permis aux organismes marins de se remettre des conditions anoxiques hostiles et d'évoluer vers de nouvelles niches écologiques.

Les scientifiques suggèrent sans doute que nous sommes maintenant au milieu d’une sixième extinction massive, et qu’il est d’une importance vitale de continuer à explorer le rôle que le volcanisme pourrait jouer pour faire pencher la balance vers une nouvelle crise de notre domaine marin.

© 2023 Réseau Science X