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Géophysique et extinction des espèces

jeudi 28 mai 2009, par Robert Paris

Temps géologique (en millions d’années)

C : Cambrien (-545 ; -505) O : Ordovicien ( -505 ; -435 ) S : Silurien ( -435 ; -405 ) D : Dévonien ( -405 ; -360 ) C : Carbonifère ( -360 ; -295 ) P : Permien ( -295 ; -245 ) TR : Trias (-245 ; -205 ) J:Jurassique ( -205 ; -135 ) K : Crétacé ( -135 ; - 65 ) T : Tertiaire ( -65 ; 0 )

Les extinctions d’espèces : des événements dans une longue histoire

L’émission d’une quantité massive de lave volcanique il y a 250 millions d’années pourrait avoir provoqué l’extinction de la grande majorité des espèces animales.Il s’agit d’un flot massif de roches en fusion de 1,5 km d’épaisseur environ qui se serait propagé sur une surface équivalente à la moitié de celle de l’Australie. Selon l’étude menée sur le sujet par une équipe de chercheurs du Royaume-Uni et de Russie, cet écoulement exceptionnel de basalte aurait rempli l’atmosphère de millions de tonnes d’agents chimiques, concentration rendant difficile la survie des espèces. La lave aurait engendré ce qui est aujourd’hui connu sous le nom de " trapps sibériens ". Le phénomène aurait été deux fois plus important et aurait duré beaucoup plus longtemps que ce qui était précédemment estimé par les scientifiques, ce qui renforce le lien entre volcanisme et extinction de la fin du Permien. Les échantillons de lave ont été datés de 250 millions d’années. Or de précédentes études avaient montré l’existence à cette période de l’extinction la plus massive qu’ait connue la Terre. Au moins 90% des espèces marines avaient disparu ainsi que plus de 70% des espèces terrestres. Cette extinction du Permien-Triassique a été suivie par l’émergence des dinosaures. Des études avaient suggéré une extinction rapide causée par la collision soudaine d’un astéroïde. Mais la nouvelle étude indique une extinction prolongée s’étalant sur les centaines de milliers d’années de durée du phénomène volcanique. Elle renforce ce qui est devenu une vision de l’extinction largement acceptée par de nombreux chercheurs, a déclaré Peter D. Ward, professeur à l’Université de Washington. L’étude, dirigée par Marc K. Reichow, de l’Université de Leicester (Royaume-Uni), est parue dans la revue Science du 8 juin 2002.

Extraits de la conférence de l’Université de tous les savoirs du 12 janvier 2000 de Vincent Courtillot :

À la question posée dans le titre de cette contribution, « La dynamique du globe contrôle-t- elle l’évolution des espèces ? », j’ai surtout tenté de répondre en parlant de l’expression du volcanisme à la surface de la Terre. Le travail du géologue et du géophysicien, c’est d’essayer de comprendre ce qui est à l’origine de ces énormes objets que sont les grandes trapps. Que s’est-il passé à l’intérieur de la Terre, sous la croûte, dans le manteau terrestre, qui a conduit à de pareils événements ? La dernière fois que s’est produite pareille monstruosité à la surface de la Terre, c’était il y a trente millions d’années. Le volcanisme correspondant forme le haut plateau éthiopien. Ce plateau volcanique, sur lequel est construit Adis Abeba, à deux mille mètres d’altitude (et dont on retrouve un fragment détaché au sud de l’Arabie, au Yémen) est un énorme volcan, formé il y a trente millions d’années, non pas au moment d’une grande disparition d’espèces, mais au moment d’une des principales crises climatiques de l’ère tertiaire. Cela correspond, en particulier, à la véritable apparition des glaciations dans l’Antarctique. Il semble qu’il y ait une relation entre le volcanisme des « trapps d’Ethiopie » et l’établissement de ce régime froid, glaciaire particulier, dans lequel nous sommes encore (même si ce moment de notre histoire est plutôt une confortable phase interglaciaire qu’une phase glaciaire à proprement parler).

Peu après la mise en place des « trapps d’Ethiopie », une déchirure est venue les traverser. Il y a donc manifestement une relation entre l’arrivée de ces bulles magmatiques à la surface et les grands moments où se déchirent les continents à la surface du globe, où s’ouvrent les bassins océaniques. Ainsi, la naissance des trois grands bassins (nord, central et sud) de l’océan Atlantique correspond-elle à l’apparition de trois points chauds et à la mise en place concomitante de trois grands trapps (Groëland-Nord des îles anglo-irlandaises, côtes est- américaine et marocaine, bassin du Parana en Amérique du Sud et d’Etendeka en Afrique). Géophysicien, j’applique les méthodes de la physique à l’étude de la Terre pour tenter d’en comprendre la dynamique interne. Je voudrais donc vous entraîner dans un voyage difficile à imaginer : produire des images réalistes de l’intérieur de la Terre, où règnent des températures élevées, des densités fortes, une obscurité totale, n’est pas facile. D’ailleurs, les films qui ont tenté d’évoquer un voyage à l’intérieur de la Terre sont la plupart du temps assez décevants. Nous allons cependant par la pensée nous enfoncer jusqu’à six mille quatre cent kilomètres sous le sol, jusqu’au centre de la terre. Le champ magnétique oriente les boussoles à la surface de la Terre. Une petite masselotte empêche l’aiguille de la boussole de piquer du nez : le champ magnétique terrestre tend en effet non seulement à l’orienter vers le nord, mais aussi à la faire plonger – à Paris par exemple de 64° en dessous de l’horizontale. Or il existe une relation mathématique simple entre le plongement du champ magnétique et la latitude où l’on se trouve. C’est cette propriété qui permet de mesurer la dérive des continents. Quand le champ fossilisé par une roche provenant d’Inde est typique de ce qui se passe à 30° de latitude sud, alors qu’aujourd’hui cette roche est à 30° de latitude nord, je déduis que le sous-continent a parcouru 60° de latitude, c’est-à-dire près de sept mille kilomètres de dérive du Sud vers le Nord. Voilà comment on utilise l’aimantation fossilisée dans les roches.

Au milieu des océans arrive en permanence, par les déchirures que l’on appelle les dorsales, de la lave qui se refroidit et qui elle aussi fige la direction du champ magnétique terrestre. Si on déplace au fond des océans un magnétomètre, celui-ci révèle des alternances magnétiques, dans un sens et dans l’autre, qui témoignent que le champ magnétique de la Terre n’a pas toujours pointé vers le Nord. Le champ magnétique de la Terre s’est inversé des centaines de fois au cours de l’histoire de la Terre. La dernière fois, c’était il y a sept cent quatre-vingt milles ans. L’intensité du champ magnétique, depuis l’époque des Romains, s’est affaissée en Europe d’un facteur 2. Certains se demandent si le champ magnétique de la Terre ne va pas s’inverser dans deux milles ans. Or, c’est lui qui nous protège des rayons cosmiques. Est-ce quand le champ s’inverse que les espèces s’éteignent ?

Ces inversions successives sont peintes sur le plancher océanique, il est possible de les dater. Aujourd’hui, le champ s’inverse assez fréquemment, avec quelques inversions par million d’années. Mais, le champ ne s’est pas inversé pendant près de trente millions d’années, au cours du Crétacé.

La variation de la fréquence des inversions est très irrégulière et de longues périodes sans inversion alternent avec des périodes plus instables. Cette alternance semble se répéter au bout de deux cents millions d’années. La dernière période « immobile » a duré de moins de cent vingt à moins quatre-vingt millions d’années ; la précédente de moins trois cent vingt à moins deux cent soixante millions d’années. Il est frappant de voir que deux très gros trapps (Inde et Sibérie) et les deux plus grandes extinctions d’espèce ont suivi de peu ces périodes de grand calme magnétique. Le noyau de la Terre participerait-il au déclenchement de ces gigantesques catastrophes qui conduisent aux extinctions en masse ?

Le noyau de fer liquide de la Terre, qui fabrique le champ magnétique, a sa dynamique propre ; est-il couplé d’une certaine façon, à travers le manteau, avec la surface de la Terre ? Comment un tel couplage est-il possible ?

Les sismologues, qui enregistrent en permanence les tremblements à la surface de la Terre et qui utilisent les ondes de ces tremblements de terre pour scruter, comme avec des rayons X, l’intérieur, sont capables de réaliser une tomographie du manteau. Ce manteau n’est pas homogène, comme on le croyait, mais formé de grandes masses un peu informes, plus lourdes et plus froides, qui sont sans doute des morceaux de plaques lithosphériques réinjectées à l’intérieur de la Terre. On savait depuis longtemps que ces plaques pouvaient descendre jusqu’à 700 km de profondeur ; on s’aperçoit qu’elles peuvent en fait parfois plonger jusqu’à la base du manteau, s’empiler sous forme de véritables cimetières : des cimetières de plaques océaniques à 2900km sous nos pieds. Cette énorme masse froide et lourde vient se poser à la surface du noyau, dans lequel se fabrique le champ magnétique.

La Terre est un objet en train de se refroidir ; sa façon normale de se refroidir, c’est la convection d’ensemble du manteau, qu’accompagne la dérive des continents : la formation de la croûte, le flux de chaleur, les tremblements de terre, les éruptions volcaniques sont l’expression de ce refroidissement. Apparemment, ce système ne parvient pas ainsi à se débarrasser de la chaleur de manière suffisamment efficace. De temps en temps, un autre mode de convection de la matière conduit à la formation de ces énormes instabilités qui très rapidement vont emmener une part importante de matière et avec elle, une quantité importante de chaleur, jusqu’à la surface.

Le noyau essaie de se débarrasser de sa chaleur et un isolant vient l’en empêcher. Les hétérogénéités du manteau inférieur se réchauffent alors, s’allègent et peuvent de temps en temps devenir instables et remonter. Malheureusement, la sismologie ne nous permet pas encore de voir ces instabilités. La figure 4 représente une coupe de l’intérieur de la Terre. On y voit, à la base du manteau, ces instabilités formées de matériaux légers qui, peut-être, peuvent atteindre la surface, déclencher les éruptions des trapps et provoquer nos fameuses extinctions. Tout le système « Terre » (manteau, descentes de plaques froides, remontées d’instabilités chaudes, volcanisme catastrophique, évolution des espèces biologiques) formerait alors un grand ensemble couplé.

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Une catastrophe écologique provoquée par des volcans sous-marins Par une réaction en chaîne, des éruptions volcaniques sous-marines ont provoqué la disparition de l’oxygène dissous dans les océans, entraînant ainsi une extinction massive de plusieurs espèces marines aussi bien animales que végétales. L’étude de cette extinction pourrait nous aider à mieux comprendre les interactions entre les océans et l’atmosphère, en particulier dans le contexte d’un réchauffement climatique.

Il y a 93,5 millions d’années, à l’époque où les dinosaures régnaient en maîtres sur la terre ferme, est survenue une extinction des espèces marines dont on ignorait jusqu’à maintenant les causes exactes.

En étudiant des roches datant de cette époque lointaine, les géochimistes canadiens Steven Turgeon et Robert Creaser - tous deux de l’Université de l’Alberta à Edmonton - pensent cependant avoir trouvé la solution de cette énigme.

Comparant des échantillons de roches provenant d’une carrière de l’Italie et des côtes de l’Amérique du Sud, les scientifiques ont noté une forte augmentation de l’osmium - un élément chimique lourd -, dont l’analyse a révélé qu’il provenait à 97% d’une source volcanique. Ces échantillons étant géographiquement très éloignés, il était probablement qu’un événement global en était à l’origine.

À la lumière de leur analyse géochimique, Steven Turgeon et Robert Creaser ont reconstruit la séquence des événements. Selon ces experts, des volcans sous-marins situés dans la région des Caraïbes auraient déclenché une réaction en chaîne qui a conduit à la disparition de l’oxygène des océans.

Dans un premier temps, le volcanisme sous-marin aurait libéré des nutriments et du gaz carbonique, ce qui aurait favorisé le développement des espèces végétales et animales des océans, notamment le plancton. Ultérieurement, la mort de ces organismes aurait consommé une grande quantité d’oxygène, provoquant ce que les spécialistes ont baptisé l’« événement anoxique océanique 2 ».

D’après les travaux des géochimistes canadiens, un laps de temps maximum de 23.000 ans se serait écoulé entre les éruptions sous-marines des Caraïbes et la disparition de nombreuses espèces dans les océans.

Dans le communiqué émis par l’Université de l’Alberta, Steven Turgeon souligne que cet événement serait strictement « terrestre », contrairement à la plupart des extinctions de masse des espèces dans l’histoire de la terre qui sont associées à des impacts de météores.

Fait particulièrement intéressant en notre époque où l’on parle constamment de réchauffement climatique, Steven Turgeon signale que les événements anoxiques se produisent dans des périodes de climat très chaud où il a augmentation du niveau de gaz carbonique.

Le géochimiste précise toutefois que cet événement anoxique a eu pour effet de refroidir le climat et de réduire le taux de gaz carbonique, car la décomposition des organismes marins a « emprisonné » le carbone au fond des océans et formé par la même occasion une importante source de pétrole.

Cette étude de Steven Turgeon et Robert Creaser a fait l’objet d’un article dans la revue Nature : Cretaceous oceanic anoxic event 2 triggered by a massive magmatic episode.

D’après deux géochimistes de l’Université d’Edmonton au Canada, l’extinction survenue il y a 93,5 millions d’années parmi la faune et la flore marines aurait été causée par une importante activité volcanique dans les océans. Leurs eaux seraient devenues anoxiques. En utilisant comme traceur géochimique de l’osmium, deux chercheurs en géosciences, Steven Turgeon et Robert A Creaser, pensent avoir déterminé la cause de l’événement anoxique océanique global numéro 2 ou en anglais oceanic anoxic event 2 (OAE 2), à la limite Cénomanien-Turonien (Crétacé supérieur). Comme ils l’expliquent dans Nature, l’osmium a été retrouvé en quantités importantes dans les fameux schistes noirs qui se sont déposés au Crétacé supérieur et que l’on trouve associés aux gisements pétroliers. Or, l’augmentation de la quantité d’osmium dans l’océan va de paire avec une augmentation de l’activité volcanique. D’après eux, des fontaines de laves sous-marines colossales auraient surgi pendant cette période dans la région des Caraïbes, entraînant d’une part une modification de la géochimie des océans et d’autre part la libération de nutriments favorables au développement du plancton. Dans un premier temps, les eaux océaniques auraient subi, par effet direct de la géochimie, une diminution de leur taux d’oxygène. Les nutriments supplémentaires ayant rapidement conduit à augmenter la biomasse, la décomposition des animaux et des plantes, grande consommatrice d’oxygène au fond des océans, a secondairement poussé les eaux océaniques vers l’anoxie. La chute du taux d’oxygène provoquant à son tour la mort des êtres vivants en masse dans certaines régions, le processus se serait encore amplifié jusqu’à devenir global et affecter tous les océans de la planète. Une crise passagère qui démontre des rétroactions complexes A l’échelle des temps géologiques, tous ces événements se seraient produits en un clin d’œil. Paradoxalement, alors que le taux de gaz carbonique augmentait dans l’océan, celui dans l’atmosphère a diminué entraînant un refroidissement. En effet, le carbone s’est retrouvé piégé au fond des océans avec les animaux et les plantes en décomposition qui donneront ultérieurement des gisements de pétrole. Toutefois, 10.000 à 50.000 ans plus tard, le taux de CO2 dans l’atmosphère est remonté à nouveau. Le travail de ces chercheurs apporte donc des éléments de plus pour comprendre le système Terre qui se comporte comme une gigantesque usine chimique avec des boucles complexes de rétroactions, à différentes échelles de temps et d’espace.

Volcanic eruptions wiped out ocean life 93 million years ago

July 16th, 2008 University of Alberta scientists contend they have the answer to mass extinction of animals and plants 93 million years ago. The answer, research has uncovered, has been found at the bottom of the sea floor where lava fountains erupted, altering the chemistry of the sea and possibly of the atmosphere.

Canadian rock hounds have serendipitously uncovered evidence of a global catastrophe that wiped out much of ocean life about 94 million years ago.

Geologist Steven Turgeon of the University of Alberta hit on a scientific jackpot when he picked up some “interesting” rocks from a limestone quarry in Italy, and took them back to the lab. “We were actually looking for something else,” he says.

It turns out the rocks point to the likely cause of a mass extinction that has perplexed geologists for years. They tie the great dying to undersea volcanism and eruptions that appear to have wreaked global havoc, depleting the oceans of oxygen and making them so toxic, many marine species went extinct.

The chemical evidence in the rocks clearly shows a “magmatic pulse” just before the loss of oxygen, Turgeon and Robert Creaser, University of Alberta’s associate chair of earth and atmospheric sciences, report Thursday in the journal Nature.

The Caribbean region was the likely source of the sea-floor eruptions, says Turgeon. He says massive amounts of lava would have burbled and blasted up from inside the earth, setting off a “chain reaction” that took thousands of years to play out.

The lava seeded the oceans with a large amount of carbon dioxide and nutrients that stimulated growth of plankton and other marine organisms. Then it appears the sea life ran out of nutrients and began to die and to decompose, a process that depleted the oceans of oxygen and led to highly toxic conditions on the sea floor.

“It was not as dramatic as the dinosaurs dying off, but a lot of bottom dwellers bit the dust,” Turgeon said in an interview.

In fact, the dinosaurs were roaming North America at the time, and the planet was “much warmer and muggier,” he says. Palm trees grew in Alaska and large reptiles swam in the Canadian North.

The land creatures survived, but many marine species, such as giant clams, went extinct. Ocean circulation was disrupted and so much organic material rained down onto the sea floor that much of it was buried and eventually transformed into oil, geoscientist Timothy Bralower of Pennsylvania State University writes in a Nature commentary.

It had been suspected that either a meteorite hit Earth, or large-scale volcanic activity triggered the mass marine die-off. But until now, there was little direct evidence of either. Turgeon and Creaser have shown that levels of osmium, a chemical isotope, changed sharply 93.5 million years ago in rock samples collected 5,500 kilometres apart — from Italy and from the sea floor off the northeast coast of South America. They show that more than 97 per cent of the total osmium in the rocks is “magmatic” in origin, a roughly 40-fold increase over levels seen before the die-off. The data “clearly points to a volcanic episode,” says Bralower.

The rocks the Alberta geologists examined were on the sea floor when the osmium levels spiked, and are covered with thick layers of rocks containing organic material. “You know something disturbed the whole system,” says Turgeon.

The pronounced metres-thick layer of organic material in the Italian limestone first attracted Turgeon while he was working in Europe in 2001. He says he collected samples to test a new geological dating technique on which he was working. “We were looking for new material to play with,” he says. But as is often the case in research, he says the work led in a completely unexpected direction, providing valuable information about the mysterious die-off.

Bralower says such ancient events are of “great significance for scientists working on modern global warming.”

The Alberta find, Bralower says, can provide “valuable lessons about the way Earth responds to perturbations,” such as the excessive amount of CO2 and greenhouse gases people are now pumping into the atmosphere through the burning of fossil fuels.

While the threat of global warming is daunting, Turgeon says there is also the possibility of more giant underwater eruptions in the future. “There is no reason why this couldn’t happen today,” says Turgeon, who expects the human species could survive a repeat of the event 93.5 million years ago.

Undersea volcanic activity triggered a mass extinction of marine life and buried a thick mat of organic matter on the sea floor about 93 million years ago, which became a major source of oil, according to a new study.

"It certainly caused an extinction of several species in the marine environment," said University of Alberta Earth and Atmospheric Science researcher Steven Turgeon. "It wasn’t as big as what killed off the dinosaurs, but it was what we call an extreme event in the Earth’s history, something that doesn’t happen very often."

U of A scientists Turgeon and Robert Creaser say the lava fountains that erupted altered the chemistry of the sea and possibly of the atmosphere.

"Of the big five mass extinctions in the Earth’s history, most of them were some kind of impact with the planet’s surface," said Turgeon. "This one is completely Earth-bound, it’s strictly a natural phenomenon."

Turgeon and Creaser found specific isotope levels of the element osmium, an indicator of volcanism in seawater, in black shale-rocks containing high amounts of organic matter-drilled off the coast of South America and in the mountains of central Italy.

"Because the climate was so warm back than, the oceanic current was very sluggish and it initially buffered this magmatic pulse, but eventually it all went haywire," said Turgeon. "The oxygen was driven from the ocean and all the organic matter accumulated on the bottom of the sea bed, and now we have these nice, big, black shale deposits worldwide, source rocks for the petroleum we have today."

According to their research, the eruptions preceded the mass extinction by a geological blink of the eye. The event occurred within 23 thousand years of the extinction and the underwater volcanic eruption had two consequences : first, nutrients were released, which allowed mass feeding and growth of plants and animals. When these organisms died, their decomposition and fall towards the sea floor caused further oxygen depletion, thereby compounding the effects of the volcanic eruption and release of clouds of carbon dioxide in to the oceans and atmosphere. The result was a global oceanic anoxic event, where the ocean is completely depleted of oxygen. Anoxic events-while extremely rare-occur in periods of very warm climate and a raise in carbon dioxide levels, which means that this research could not only help prove a mass-extinction theory, but also help scientists studying the effects of global warming.

An odd side-effect of the mass extinction, the result of the anoxic event caused as an indirect result of the underwater volcanic eruptions, was that temperatures and carbon dioxide levels on the Earth’s surface actually dropped.

"Organic matter that’s decaying returns components like carbon and CO2 to the atmosphere," said Turgeon. "But this event locked them up at the bottom of the ocean, turning them into oil, drawing down the CO2 levels of the ocean and the atmosphere."

After 10,000-50,000 years, the carbon dioxide levels rose again. "Business as usual," said Turgeon, adding that this might hold a warning for organic life on the planet today, he said.

"There’s a bit of an analogy for what’s going on today," he said. "What happens if we pump more CO2 into the atmosphere ? This tells me that the oceans maybe have limited buffering capacity for CO2 ."

The research appears on Thursday in the weekly science journal Nature.

Source : University of Alberta

2 Messages de forum

  • Géophysique et extinction des espèces 29 mai 2009 00:54, par Charlie

    voici un lien sur une émission de Vincent Courtillot qui est le spécialiste de la question et qui confirme complètement l’article
    http://www.canalacademie.com/Les-er...

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  • Géophysique et extinction des espèces 28 juillet 2010 13:14, par Robert Paris

    « Il y a 250 millions d’années, une crise biologique ébranle le monde marin : plus de 85% de la vie des océans est détruite. (…)Si l’ampleur de la crise en milieu marin est incontestée, la question de sa durée est sujette à débat. Les données de Sepkoski semblaient désigner deux pics d’extinction, l’un à la fin du Permien moyen, il y a environ 260 millions d’années, l’autre à la fin du Permien supérieur. Soit environ 9 millions d’années d’écart. Problème : ces données provenaient de différents endroits du globe. (…) La réponse la plus probante est venue des travaux publiés en 2000 par l’équipe de Jin Yugang, à partir des registres fossiles de Meishan. Les fossiles y abondent (…) et près de la moitié des espèces ont disparu au dessous du banc 24. Il ne s’agirait pas, comme on a pu le croire, d’un phénomène graduel : le taux d’extinction, défini comme le nombre d’espèces éteintes rapportées au total des espèces présentes dans le banc étudié, n’excède jamais 33% dans aucun des niveaux situés sous le banc 24. En revanche, dans le banc 25, il atteint 94%. Rapporté à l’échelle de temps correspondant à chacun de ces bancs, cela signifie que ce pic s’est produit aux environs de 251,4 millions d’années, sur une durée – courte – d’environ 200.000 ans. »

    Sylvie Crasquin dans : »La plus grande extinction »

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