Des pluies d'acide sulfurique pourrait avoir joué un rôle dans l'extinction des espèces terrestres lors de la grande crise du Permien. © andreiuc88, Adobe Stock
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Des pluies d’acide sulfurique à l'origine de l'extinction massive du Permien ?

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Contrairement à l'environnement marin, les mécanismes ayant mené à l'extinction de masse sur les continents à la fin du Permien sont encore mal connus. Une nouvelle étude montre que l'environnement terrestre aurait été en particulier dégradé par des chutes de pluies d'acide sulfurique et d'importants changements climatiques.

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La fin du Permien, il y a environ 252 millions d'années, représente une période critique dans l'histoire de la vie sur Terre. Il s'agit en effet de la plus importante crise biologique, qui a vu la disparition de près de 90 % des espèces marines et plus de 70 % des espèces terrestres.

Les causes de cette extinction sont principalement imputées au volcanisme intensif des Trapps de Sibérie et peut-être d’autres volcans récemment identifiés, qui a profondément modifié la chimie des océans et provoqué un réchauffement climatique catastrophique, entraînant l'établissement de conditions environnementales toxiques pour la grande majorité des êtres vivant dans les océans. Cependant, peu sont encore connues sur les mécanismes ayant conduit à l'extinction des espèces vivant à terre.

Un volcanisme très intensif, s'étalant sur plusieurs millions d'années, serait à l'origine de la crise de la fin du Permien. © Wead, Adobe Stock

Des aérosols sulfatés en quantité dans l’atmosphère à la fin du Permien

Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques chinois et américains a donc tenté de démêler les causes et mécanismes physico-chimiques à l'origine de la disparition de nombreuses espèces terrestres. Après avoir réalisé et analysé plus de 1.000 mètres de carottes sédimentaires permettant de reconstruire les conditions environnementales du Permien, les scientifiques ont découvert que cette période était associée à d'importantes perturbations climatiques causées par la présence d'aérosols de sulfate dans l'atmosphère. De courtes périodes de refroidissement, similaires à des hivers volcaniques, se seraient en effet succédé au sein d'un schéma global et à long terme de réchauffement climatique extrême.

Pluies acides, hivers volcaniques et réchauffement : le combo pour une extinction de masse

L'étude, menée dans le bassin de Sydney, en Australie, montre que la disparition des espèces continentales coïncide avec une modification claire de la composition atmosphérique. Les mesures indiquent en effet une augmentation significative de la concentration atmosphérique en sulfates, en lien avec la dispersion d'importantes quantités d'aérosols sulfatés provenant de l'éruption des Trapps de Sibérie, en cours à ce moment-là. La présence de ces aérosols aurait entraîné des pluies d'acide sulfurique, en parallèle d'importantes variations climatiques. Les aérosols formés à partir du soufre d'origine volcanique sont en effet bien connus pour être à l’origine de brefs hivers volcaniques précédant de plus longues périodes de réchauffement climatique. Ces brèves chutes des température sont liées à la capacité des aérosols à refléter la lumière du soleil, empêchant ainsi l'énergie solaire d'atteindre le sol.

Les dégâts causés actuellement par les épisodes de pluies acides, ici en République tchèque. © Lovecz, Wikimedia Commons, domaine public

Les aérosols sulfatés sont également à l'origine d'autres phénomènes, entraînant cette fois-ci une augmentation des températures : une dégradation de la couche d'ozone et un réchauffement des couches atmosphériques moyennes par absorption des radiations infrarouges.

L’extinction à terre aurait débuté 200.000 à 600.000 ans avant celle dans les océans

La destruction des écosystèmes par les pluies d’acide sulfurique et les perturbations climatiques se seraient combinées pour provoquer une détérioration globale et sévère de l'environnement terrestre, menant à la disparition de très nombreuses espèces vivant sur les continents.

Cette extinction des espèces terrestres aurait d'ailleurs précédé de 200.000 à 600.000 ans l'extinction des espèces marines. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Earth and Planetary Science Letters.

Pour en savoir plus

Permien-Trias : l'extinction massive due à une hausse des températures ?

Entre Permien et Trias, il y a 252 millions d'années, la vie terrestre a connu l'extinction de masse la plus meurtrière. De nombreuses études ont abordé les perturbations environnementales en milieu océanique mais sur les continents la question restait entière. De nouveaux résultats montrent que durant cette période, l'Afrique du Sud a subi une très forte augmentation de la température. Cette découverte explique l'extinction importante des communautés continentales de tétrapodes.

Article du CNRS publié le 18 novembre 2015

La crise biologique de la fin du Permien (entre -299 Ma et -252 Ma environ) fut la plus létale parmi toutes celles qui ont ponctué l'histoire du Phanérozoïque, période de l'histoire de la Terre (ou éon) couvrant les derniers 541 millions d'années. En seulement quelques centaines de milliers d'années, la biosphère a perdu au moins 80 % de genres marins et 70 % de familles de tétrapodes terrestres, c'est-à-dire les animaux vertébrés à respiration pulmonaire dont le squelette comporte deux paires de membres (amphibiens, reptiles, mammifères et oiseaux).

L'origine de cette extinction de masse rapide a fait l'objet de plusieurs hypothèses. Pour nombre de spécialistes, elle aurait été provoquée par des événements concomitants comme un important volcanisme (les trapps de Sibérie) ou la libération massive de méthane, provoquée par la fonte du pergélisol ou la déstabilisation des clathrates marins. Une autre hypothèse indiquerait que cette extinction globale a été provoquée par une dégradation progressive de l'environnement terrestre plutôt que par des événements instantanés à l'échelle des temps géologiques.

Crâne de thérapside dinocéphale Anteosaurus provenant du Permien moyen d’Afrique du Sud. © Kévin Rey

Reconstitution de l’atmosphère de la limite Permien-Trias

L'équipe de paléontologues et géochimistes français (laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement, CNRS, ENS de Lyon, université Lyon 1) et sud-africains a tenté de répondre à cette question en étudiant la faune sud-africaine du Permien-Trias. Des dents et des os de thérapsides (les reptiles mammaliens), amphibiens, parareptiles et archosauriformes (ancêtres des crocodiles) provenant de différents gisements ont été analysés afin de déterminer leur composition isotopique de l'oxygène (18O/16O).

Les scientifiques ont ensuite appliqué le principe suivant à leurs données : la température moyenne de l'air local détermine la quantité relative des isotopes de l'oxygène contenus dans l'eau de pluie bue par les animaux. Ces compositions isotopiques sont enregistrées au sein des os et des dents de l'animal lors de leur croissance et sont le plus souvent préservées lors de la fossilisation. Les chercheurs ont ainsi pu reconstituer les températures moyennes de l'air du milieu de vie des tétrapodes sud-africains autour de la limite Permien-Trias.

Les résultats montrent que les températures moyennes du Permien terminal ont fortement augmenté, de 16 ± 10 °C, sur une durée ne dépassant pas le demi-million d'années. Cette rapide augmentation globale des températures moyennes annuelles atmosphériques a fortement modifié les différents environnements de vie et peut expliquer la disparition de nombreuses espèces marines et terrestres.

Les résultats de ces recherches ont été publiés dans Gondwana Research le 26 octobre 2015.

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