Un volcanisme géant serait bien la cause de l'extinction de masse du Permien. © James Thew, Fotolia

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Un volcanisme géant serait bien la cause de l'extinction de masse du Permien

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La plus grande extinction de masse connue a eu lieu entre le Permien et le Trias, il y a environ 250 millions d'années. Selon une équipe américaine, elle aurait bien été provoquée par des épanchements de lave géants, là où se trouvent aujourd'hui les trapps de Sibérie.

  • Un volcanisme massif est né en Sibérie entre le Permien et le Trias ; il a duré plus d'un million d'années. Puis, 300.000 ans après le début de cet épisode, des gaz à effet de serre ont été dégagés dans l'atmosphère, causant un réchauffement brutal, auquel la plupart des animaux et des végétaux n'ont pas résisté.
  • Le long épisode volcanique des trapps de Sibérie est contemporain de cette extinction du Permien-Trias, qui, elle, fut sans doute très rapide.
  • Une nouvelle explication invoque une extension souterraine et horizontale du magma qui aurait chauffé des formations de carbone fossile (le Permien succède au Carbonifère), libérant du gaz carbonique et du méthane de manière brutale et en grande quantité.

Il y a 252 millions d'années, la Terre a connu une catastrophe si grave que plus de 90 % des espèces marines et au moins 70 % des espèces terrestres ont disparu durant un intervalle assez court, peut-être de 10.000 ans, en tout cas moins de 100.000. Pour expliquer cette énorme extinction de masse, la plus importante que l'on connaisse, plusieurs hypothèses ont été avancées. Certains ont pensé à des champignons, qui ont effectivement connu un succès resplendissant à cette époque, ou à des micro-organismes.

Depuis longtemps, cet évènement a été rapproché d'un épisode volcanique long et puissant, sûrement dévastateur, qui a donné naissance aux trapps de Sibérie. Cette immense région est une « grande province ignée », ou « province magmatique », selon les expressions des géologues pour désigner une vaste zone reposant sur un socle basaltique déposé lors d'épisodes volcaniques de grandes durées. À la fin du Permien, au moment de l'extinction de masse, donc, cette région sibérienne a connu de vastes épanchements de lave, à la manière des trapps du Deccan, souvent invoqués, eux, dans la dernière grande extinction, celle qui a vu disparaître les dinosaures il y a 65 millions d'années, en concurrence, ou en complément, avec l'hypothèse de l'impact d'un astéroïde. Les gaz libérés par ce basalte auraient produit un effet de serre ayant violemment modifié le climat global.

L'extension des trapps de Sibérie, s'étendant sur environ deux millions de kilomètres carrés. La carte (légendée en allemand) montre les régions où affleurent la lave (Lava), le tuf et les tuffites (Tuffe und Tuffite). © Jo Weber, CC by-nc-sa 3.0

Un scénario en trois phases pour expliquer l'extinction brutale

Cette explication se heurte cependant à quelques problèmes. La quantité de gaz à effet de serre n'aurait pas été suffisante et la coïncidence du calendrier n'est pas parfaite. Ces épanchements basaltiques ont commencé 300.000 ans avant la crise biologique. De plus, ils ont duré environ un million d'années, alors que l'extinction s'est déroulée sur une période bien plus courte, ce qui avait d'ailleurs conduit à l'hypothèse d'extinctions multiples. Il faut donc préciser un peu ces théories.

C'est ce qu'ont fait des scientifiques du US Geological Survey et du MIT, dont le travail vient d'être présenté dans un article de Nature Communications. Selon eux, le phénomène aurait connu trois phases et l'effet destructeur pour la vie aurait été indirect, né de la rencontre du magma avec des couches de charbon enfouies. Dans un premier temps, expliquent-ils, à partir de -252,24 millions d'années (Ma) et durant plus de 100.000 ans, la région connaît un volcanisme incessant, déposant en surface les deux tiers de la lave des trapps actuels, soit un million de kilomètres cubes (Stage 1 sur le schéma ci-dessous).

Scénario des évènements qui ont conduit aux trapps de Sibérie, dans le bassin de Toungouska, et à l'extinction de masse du Permien-Trias, selon l'équipe de Seth Burgess. Durant la première phase (Stage 1 sur le schéma), le magma monte surtout verticalement (formant des dykes) et déjà un peu horizontalement (les sills). Un volcanisme de surface de grande ampleur étale en surface les laves (Lavas sur la carte du bas) et les roches pyroclastiques (pyroclastic rocks). Durant la deuxième phase (Stage 2), le réseau de sills se développe (sill-complex growth). La lave se déploie surtout horizontalement et rencontre des roches sédimentaires, carbonées. Le contact produit des gaz à effet de serre (greenhouse gas), qui s'échappent. La température globale de la Terre commence alors à augmenter. L'émission de gaz va ensuite se réduire. Durant la troisième phase (Stage 3), elle s'affaiblit (Waning) jusqu'à disparaître tandis que la lave poursuit sa montée, perce le bouclier basaltique et produit à nouveau du volcanisme en surface. © Burgess et al., Nature Communications

La chaleur du magma a libéré des gaz à effet de serre

L'étape 2 (Stage 2 sur le schéma ci-dessus), qui coïncide très bien avec le début de l'extinction de masse, démarre à -251,907 Ma et voit la fin des épanchements en surface. Le magma remonte toujours des profondeurs mais il a déjà commencé à s'étaler horizontalement, en profondeur, au sein même des couches sédimentaires : ce sont des « sills », écoulements en nappes sous la surface du sol. Ceux-ci se seraient répandus sur 1,5 million de kilomètres carrés. Au niveau des bords du basalte refroidi, donc aux frontières de la région des trapps, la lave rencontre des sédiments riches en carbone. Ces derniers sont tellement échauffés qu'ils produisent des gaz à effet de serre (CO2 et CH4, c'est-à-dire du dioxyde de carbone et du méthane) s'échappant à travers le sol et s'élevant dans l'atmosphère.

C'est à cette époque que les géologues observent une élévation brutale de la température des eaux de surface des océans (+10 °C), en même temps qu'un déséquilibre carbone 12-carbone 13, témoin d'une dégradation des conditions environnementales. Voilà qui expliquerait la différence de temporalité entre les épanchements basaltiques, qui ont duré en tout plus d'un million d'années, et l'extinction massive, qui fut si brève : ce n'est que durant ce largage dans l'atmosphère de gaz à effet de serre que la température a grimpé, très vite, bousculant les écosystèmes.

Durant l'étape 3 (Stage 3 sur le schéma ci-dessus), le magma continuant à monter sous le socle basaltique, il finit par le percer à partir de -251,483 Ma, entamant une nouvelle phase éruptive. Et tout s'arrête à -250,2 Ma. La vie de la planète est dévastée. Les trilobites, ces arthropodes marins diversifiés et de tailles très variées, ne s'en remettront pas. Fougères et amphibiens sont au plus mal. Les thérapsides disparaissent presque tous, sauf quelques lignées parmi lesquelles figurent les ancêtres des mammifères. Mais la nouvelle ère qui s'annonce est celle des dinosaures, qui domineront les chaînes alimentaires jusqu'à ce qu'une nouvelle grande catastrophe frappe la Terre.

Pour en savoir plus

Extinction du Permien : des éruptions volcaniques en cause ?

Article de France-Science publié le 4 février 2005

La cause de l'extinction de masse qu'ont subie 70 % de la faune vivant sur terre et 90 % de la faune marine il y a 250 millions d'années est encore incertaine. Impact météoritique, éruption volcanique, changement climatique ?...

Deux études, publiées dans la revue Science, livrent quelques indices supplémentaires. La première, menée par Peter Ward, de l'université de Washington et ses collègues, porte sur des fossiles de reptiles et d'amphibiens découverts dans le bassin de Karoo en Afrique du Sud. Grâce au paléomagnétisme des roches, l'équipe a pu reconstituer la séquence chronologique de la disparition des animaux ; elle s'est ainsi rendu compte que le processus a d'abord été progressif, s'étalant sur une dizaine de millions d'années, avant de s'accélérer à la limite du Permien et du Trias.

Selon la seconde étude, australienne cette fois, portant sur l'analyse de sédiments de la même période prélevés au large de l'Australie et de la Chine, l'oxygène se serait raréfié dans les couches supérieures de l'océan, avec une augmentation du nombre de cyanobactéries friandes de soufre, l'environnement marin à la surface devenant peu à peu toxique pour les espèces marines.

Toutes ces données semblent écarter l'hypothèse d'une catastrophe ponctuelle (la chute d'une météorite, par exemple) comme principale cause de la grande extinction du Permien-Trias (à distinguer de la disparition des dinosaures il y a 65 millions d'années). Selon les scientifiques, le responsable serait plutôt à chercher du côté des éruptions volcaniques de Sibérie qui auraient à cette époque libéré suffisamment de gaz à effet de serre pour modifier radicalement l'écosystème de la planète.