L'extinction massive du Permien-Trias il y a 252 millions d'années s'inscrit comme la plus grande catastrophe biologique de notre planète. Le volcanisme à l'origine de la formation des trapps de Sibérie est accusé d'avoir mis le feu aux poudres. © Illustration/Margaret Weiner/UC Creative Services

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La pire extinction massive de l'Histoire serait bien liée au volcanisme

ActualitéClassé sous :paléontologie , Volcanologie , extinction du Permien-Trias

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Du mercure prisonnier de sédiments datés de plus de 250 millions d'années fournit une nouvelle preuve de l'implication d'un volcanisme soutenu dans l'extinction du Permien-Trias, la pire crise biologique enregistrée depuis que la vie s'épanouit sur Terre.

Moins populaire que la crise Crétacé-Tertiaire marquant la fin du règne des dinosaures il y a 65 millions d'années (Ma), l'extinction massive du Permien-Trias il y a 252 millions d'années (Ma) est cependant la plus grave de tous les temps, ayant rasé 95 % des espèces marines et 70 % des espèces terrestres en 10.000 à 100.000 ans. Des chercheurs chinois et américains, menés par Jun Shen de l'université des Géosciences de Chine, apportent une preuve convaincante en faveur de la théorie la plus largement acceptée pour expliquer cette hécatombe, celle d'un volcanisme prolongé et intense à l'origine des trapps de Sibérie.

Dans des roches sédimentaires datées de la frontière Permien-Trias réparties un peu partout à travers tout l'hémisphère Nord, les chercheurs ont observé un pic de mercure, avec des taux 3 à 8 fois plus élevés par rapport aux niveaux précédant la crise. Il a d'abord été injecté sous forme de vapeur dans les airs, à très haute altitude, ce qui suggère un lien avec l'activité volcanique d'ampleur qui a formé à cette époque les trapps de Sibérie. L'étude a été publiée dans Nature Communications.

Un pic de mercure dans les sédiments marins

Des preuves géologiques d'un lien entre les trapps de Sibérie et l'extinction Permien-Trias, certes pas inexistantes, restaient jusque-là sporadiques. Des recherches précédentes ont déjà fait état d'un pic de mercure sur quelques sites en Chine et au Canada. Pour cette nouvelle étude, Jun Shen et ses collègues montent d'un cran en analysant 391 échantillons de sédiments prélevés sur une dizaine de sites en Hongrie, aux États-Unis, au Japon, en Chine. Le pic de mercure se reproduit sur l'ensemble de ces lieux, témoignant du caractère global des retombées du volcanisme des trapps de Sibérie.

Les sédiments étudiés ont été datés à l'aide des dents fossiles de conodontes, des animaux marins ressemblant à des lamproies disparus en masse lors de l'extinction Permien-Trias, et des microfossiles de radiolaires, qui font partie du zooplancton. Comme l'indiquent ces restes fossiles, les sédiments proviennent d'anciens milieux marins, allant du plateau continental peu profond (moins de 100 mètres) aux abysses (plus de 2.000 mètres), en passant par la région intermédiaire, le talus continental. Les chercheurs ont constaté que dans les sédiments les plus profonds, le pic de mercure précède la limite Permien-Trias de 50.000 à 100.000 ans, tandis qu'il survient presque simultanément dans les sédiments plus proches de la surface.

Carte du monde au commencement du Trias (250 millions d'années), peu après la crise permienne (252 millions d'années). Les trapps de Sibérie figurent en rose, au nord de la Pangée à l'époque. Les triangles bleus, mauves et verts représentent les dix sites échantillonnés pour cette étude. Les différentes couleurs indiquent qu'ils proviennent de milieux ou de lieux géographiques différents, le bleu étant utilisé par exemple pour les sédiments issus des profondeurs abyssales de l'océan global Panthalassa entourant le supercontinent. Les points noirs marquent des sites analysés dans des recherches antérieures. Le pic de mercure aux environs de la limite Permien-Trias est observé pour tous ces sites. © Jun Shen et al., Nature Communications, 2019

La formation des trapps de Sibérie a mis le feu aux poudres

Le mercure a pu arriver dans les sédiments marins par deux voies : les airs ou le ruissellement de surface. Une analyse isotopique des quantités de mercure 202 et de mercure 199 réalisée sur trois des dix sites étudiés a permis de trancher, indiquant qu'il est plutôt d'origine atmosphérique. Les chercheurs estiment qu'il a été propulsé dans l'atmosphère par des éruptions volcaniques et/ou par la combustion de sédiments riches en matière organique, telle que le charbon. Il serait ensuite retombé en pluie dans les océans avant d'être rapidement capté par les sédiments.

Les éruptions qui ont donné naissance aux trapps de Sibérie il y a environ 252 Ma se sont échelonnées sur des centaines de milliers d'années avant et après l'extinction Permien-Trias. En s'épanchant horizontalement dans le sous-sol, formant ce que l'on appelle des sills (ou couches filon en français), les magmas ont pu rencontrer de vastes réserves de matière organique, en l'occurrence de charbon, dont la combustion a rejeté de grandes quantités de mercure, selon les chercheurs.

Trois millions de kilomètres cubes de cendres

En plus des vapeurs de mercure, du dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre ont été émis dans l'atmosphère avec près de trois millions de kilomètres cubes de cendres, provoquant un réchauffement de 10 °C, une acidification des océans ou encore leur appauvrissement en oxygène dissous. Un scénario qui donne des frissons dans le dos puisqu'il rappelle ce que vit la Terre actuellement, à l'heure du réchauffement climatique d'origine anthropique et à l'aube de ce que l'on décrit parfois comme la sixième extinction de masse.

D'après les chercheurs, cette étude encourage à désigner le manque d'oxygène dans les océans comme principal responsable de la disparition des espèces. Elle indique que le pic de mercure, et donc d'intensité du volcanisme au niveau des trapps de Sibérie, apparaît jusqu'à 100.000 ans avant la crise Permien-Trias. La diminution des taux d'oxygène aurait en effet pris des milliers ou des dizaines de milliers d'années pour se mettre en place après que les éruptions volcaniques aient atteint leur paroxysme, expliquent les chercheurs. L'extinction des espèces marines aurait été plus immédiate si la hausse des températures en avait été la première cause.

  • Le volcanisme prolongé et intense qui a conduit à la formation des trapps de Sibérie il y a environ 252 millions d'années a propulsé d'énormes quantités de cendres, de gaz carbonique et également de mercure dans l'atmosphère. Cet évènement chevauche la crise ou extinction massive du Permien-Trias.
  • Des chercheurs ont observé un pic de mercure correspondant à cet épisode volcanique dans des sédiments marins à travers tout le globe, apportant une nouvelle preuve que les éruptions à l'origine des trapps de Sibérie ont précipité la chute de 95 % des espèces marines et 70 % des espèces terrestres lors de la pire extinction de masse de tous les temps.
Pour en savoir plus

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

Article de Jean-Luc Goudet, publié le 07/08/2017

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.

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.

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

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.


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.

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