Le Maximum Thermique de la transition Paléocène-Éocène, il y a 55,9 millions d’années, représente l’une des plus importantes crises climatiques que la Terre ait connue. Une nouvelle étude parue dans Science Advances montre que ce réchauffement climatique extrême a été associé à une augmentation de l’érosion et de l’altération des roches continentales. Ces processus auraient notamment permis de capturer une part significative de CO2 atmosphérique, stabilisant ainsi le climat.

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Le système terrestre possède plusieurs mécanismes qui influencent, dans un sens ou dans l'autre, les variations climatiques. Les processus de surface, comme l'érosion mécanique et l'altération chimique des roches, sont des mécanismes désormais bien connus pour leur capacité à limiter la quantité de CO2 présente dans l'atmosphèreatmosphère.

Altération des roches silicatés : une pompe à CO2

Parmi ces processus de surface, les réactions d'altération qui attaquent les minérauxminéraux silicatés, les transformant en argileargile, consomment du CO2. Les rivières se chargent alors de transporter les résidus carbonés vers les océans, où ils seront utilisés par les organismes marins pour se développer et produire la calcite formant leurs coquillescoquilles.

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Lorsque ces animaux meurent et se déposent sur le fond, le carbonecarbone stocké dans leur biomasse et dans leurs coquilles est alors enfoui dans les sédiments. Sur de très longues périodes de temps -- de l'ordre de dizaines à centaines de milliers d'années --, cette chaîne de réactions permet d'extraire efficacement le CO2 de l'atmosphère et de le stocker au fond des océans, permettant ainsi la régulation du climatclimat.

Les rivières transportent une quantité importante de sédiments vers les océans. © Florian Konrad, imaggeo.egu.eu
Les rivières transportent une quantité importante de sédiments vers les océans. © Florian Konrad, imaggeo.egu.eu

Ce qui est en revanche encore mal compris, c'est la vitessevitesse à laquelle l'altération, l'érosion et l'enfouissement du carbone peuvent répondre face à de grands changements environnementaux, comme celui que nous sommes en train de connaître. Une façon d'appréhender cette question est de regarder dans le passé de la TerreTerre pour trouver un analogue naturel à ce qui se passe aujourd’hui.

Un réchauffement climatique extrême il y a 56 millions d’années

L'histoire géologique de la Terre a, en effet, enregistré plusieurs événements associés à des perturbations majeures du cycle du carbone. Ces crises sont caractérisées par des périodes de réchauffement climatiqueréchauffement climatique extrême. C'est le cas du Maximum Thermique de la transition Paléocène-Éocène (PETM), qui a eu lieu il y a 55,9 millions d'années. Les origines de cette crise sont encore débattues mais l'on sait qu'à cette époque, une grande quantité de carbone a été relâchée très rapidement dans l'atmosphère terrestre (en moins de 5.000 ans), engendrant un réchauffement rapide du globe et, notamment, une augmentation de 8 °C de la température de l'eau.

Une façon d’appréhender cette question est de regarder dans le passé de la Terre pour trouver un analogue naturel à ce qui se passe aujourd’hui

Ces changements environnementaux brutaux ont eu de multiples conséquences. Ils ont notamment entraîné une acidification des océans et des perturbations du cycle hydrologique qui ont provoqué une extinction de masseextinction de masse dans les domaines océaniques profonds et des changements biotiques majeurs en surface.

Cette crise climatique a duré environ 100.000 ans, puis il faudra encore 50.000 à 100.000 ans pour qu'elle se résorbe. Cette phase de résiliencerésilience intéresse particulièrement les scientifiques qui tentent de savoir si les taux d'érosion ont pu être suffisamment importants pour aider le climat à se rétablir sur une relativement courte période de temps.

Des taux d’érosion 2 à 3 fois plus importants

Pour étudier l'importance des processus de surface à cette époque, les chercheurs ont utilisé les isotopesisotopes du lithiumlithium pour quantifier les taux d'érosion et d'altération chimique des roches. Le lithium a en effet 2 isotopes : 6Li et 7Li. Le point intéressant est que le rapport entre ces deux isotopes (δ7Li) peut varier en fonction des réactions chimiquesréactions chimiques. Dans l'eau de mer, ce ratio est fortement affecté par la formation d'argile, ce qui fait du δ7Li un bon traceur des taux d'érosion et d'altération.

Le processus d'altération est considéré comme une pompe à CO<sub>2</sub>. © Michael Grund, imaggeo.egu.eu
Le processus d'altération est considéré comme une pompe à CO2. © Michael Grund, imaggeo.egu.eu

Des échantillons datant de la période du PETM ont été analysés. Les mesures du δ7Li suggèrent que le cycle de l’eau a été amplifié de façon significative durant cette crise climatique. Les précipitations ont ainsi été plus importantes, augmentant le taux d'érosion mécanique et d'altération chimique des roches continentales. La modélisationmodélisation effectuée par les auteurs de l'étude suggère que les taux d'érosion étaient alors 2 à 3 fois supérieurs durant le PETM en comparaison des taux précédant la crise.

L'apport massif de nutrimentsnutriments dans les océans aurait ainsi favorisé la production de matièrematière organique, en parallèle de la précipitation de carbonates. L'enfouissement rapide du carbone piégé dans les organismes marins et dans les roches carbonatées a certainement été le paramètre d'influence principal facilitant la rééquilibration du climat et la fin de cet événement climatique extrême.

Les organismes marins construisent leurs coquilles à partir des composés carbonés résultants de l'altération des sols. © James St. John, Flickr
Les organismes marins construisent leurs coquilles à partir des composés carbonés résultants de l'altération des sols. © James St. John, Flickr

Ces résultats, publiés dans Science Advances, pourraient permettre de comprendre comment le système terrestre dans sa globalité peut et pourra répondre dans le futur aux changements climatiques. De ce point de vue, il est même possible d'envisager des solutions pour aider ce processus naturel de captation du carbone afin de lutter contre le changement climatique en cours.