Le Karoo (mot khoïkhoï signifiant le « pays de la soif ») est un semi-désert situé en Afrique du Sud. © Winfried Bruenken, CC by-sa 2.5

Planète

La plus grande extinction massive de tous les temps aurait commencé sur les continents

ActualitéClassé sous :paléontologie , Robert Gastaldo , Permien

La crise biologique du Permien-Trias a représenté une perte d'environ 96 % des espèces marines et 70 % des vertébrés terrestres il y a environ 252 millions d'années. Les premières datations laissaient penser que les extinctions étaient synchrones sur le supercontinent de l'époque avec celle des océans. Ce ne serait pas le cas.

En fouillant dans les archives sédimentaires de la Terre, les géologues et les paléontologues ont constaté, il y a longtemps déjà, une brusque coupure dans les faunes et les flores fossilisées datant d'il y a environ 252 millions d'années. Á cette époque, la période géologique dite du Permien se termine alors qu'il existe encore un seul continent, la Pangée, et un unique océan, la Panthalassa. En étudiant cette coupure, les chercheurs sont arrivés à la conclusion qu'à ce moment là, la biosphère du géochimiste Vladimir Vernadsky aurait subi sa plus violente crise biologique, le fameux Great Dying, à l'interface du Permien et du Trias comme le disent les paléontologues.  En effet, dans les océans, elle est spectaculaire avec environ 96 % des espèces qui disparaissent à ce moment-là, notamment les fameux trilobites très prisés des amateurs de fossiles. Sur les continents, ce sont environ 70 % des vertébrés.

On explique la grande extinction du Permien Trias par de gigantesques épanchements magmatiques ayant débuté quelques centaines de milliers d'années avant sa fin. Ces épanchements se trouvent en Sibérie, mais aussi dans la province d'Emeishan, en Chine. Les trapps de Sibérie, analogues à ceux du Deccan en Inde, auraient émis de grandes quantités de gaz carbonique qui auraient donc produit un réchauffement climatique.

À la fin du Permien, les gigantesques épanchements volcaniques des Trapps de Sibérie ont eu lieu en prélude à la plus importante crise biologique que la Terre ait connu comme l'explique cette vidéo. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Des archives du Permien en Afrique du Sud

Les géologues et les paléontologues continuent d'explorer la mémoire de la Terre pour tenter de mieux comprendre ce qu'il s'est exactement passé à cette époque. L'un des endroits les plus intéressants sur notre Planète pour le faire se trouve dans le bassin du Karoo en Afrique du Sud. Futura avait expliqué dans l'un de ses précédents articles ci-dessous (le tout premier) que le géologue Robert Gastaldo et ses collègues en avaient tiré la conclusion que la crise Permien Trias était peut-être multiple en tentant de préciser la chronologie des fossiles l'accompagnant. Aujourd'hui, Gastaldo a joint ses forces à celles de la paléobotaniste Cindy Looy, de la célèbre université de Berkeley en Californie, pour une publication avec leurs collègues dans Nature Communications. Les chercheurs annoncent que, contrairement à ce que l'on croyait, la crise biologique sur le continent n'était pas concomitante de celle dans les océans.

Les chercheurs ont daté les dépôts de cendres de cette colline, appelée koppie, dans le bassin du Karoo, en Afrique du Sud. La partie inférieure de koppie Loskop expose des strates d'avant l'extinction du Permien final (Formation de Balfour), tandis que la partie supérieure contient des couches déposées après l'extinction (Formation de Katberg). © John Geissmande

Dans un communiqué de l'Université de Californie, Cindy Looy explique ainsi que  : « La plupart des gens pensaient que l'effondrement terrestre a commencé en même temps que l'effondrement marin, et qu'il s'est produit en même temps dans l'hémisphère Sud et dans l'hémisphère Nord. Le fait que les grands changements n'étaient pas synchrones dans les hémisphères Nord et Sud a une implication forte sur les hypothèses quant à la cause de l'extinction. Une extinction dans l'océan ne doit pas, en soi, avoir la même cause ou le même mécanisme qu'une extinction qui s'est produite sur Terre ».

Pour aboutir à cette conclusion, les géologues ont daté avec plus de précision un dépôt de cendres volcaniques dans le basin de Karoo. La méthode géochimique utilisée repose sur des isotopes du plomb et de l'uranium dont les quantités ont été déterminées dans des cristaux de zircon présents dans ces cendres. On sait que ces cristaux gardent une excellente mémoire de leur date de formation au cours des âges géologiques.

Une extinction qui a commencé 300.000 ans plus tôt ?

Il en est sorti que cette couche de cendres s'était déposée il y a 252,24 millions d'années dans la partie sud de la Pangée correspondant à ce qui deviendra plus tard le supercontinent de Gondwana, lequel finira par se morceler en donnant l'Antarctique, l'Afrique, l'Amérique du Sud et l'Australie. C'est 300.000 ans avant les datations associées au début des extinctions dans la Panthalassa à partir d'archives sédimentaires retrouvées en Chine.

Feuilles fossilisées de Glossopteris, plantes de l'hémisphère Sud la plus commune et dominante avant la perturbation de l'écosystème à la fin du Permien. © M. Gray, Joggins site du patrimoine mondial de l'Unesco, Nouvelle-Écossede

Or, juste au-dessus de cette couche de cendres, Looy a montré que, sur une épaisseur de plusieurs mètres de sédiments, on ne trouvait plus de traces du pollen fossilisé des Glossopteris, des plantes ressemblant à des buissons ou à des arbres et qui existaient en abondance pendant le Permien, au point que l'on s'en sert comme un marqueur stratigraphique. On constate aussi la disparition des « reptiles non mammaliens » appelés Daptocephalus, un genre d'herbivores dominant à la fin du Permien qui laisserait le champ libre aux Lystrosaurus, de célèbres « reptiles mammaliens ».  

Des terrains en Australie avec deux couches similaires, ce qui n'est guère étonnant puisque l'Afrique du Sud et l'Australie faisaient partie du Gondwana, donnent pour le début de l'extinction un âge plus vieux également, mais cette fois-ci de l'ordre de 400.000 ans. Clairement, la vie sur le continent Pangée avait déjà été fortement affectée des centaines de milliers d'années avant celle des océans de la Panthalassa.

Cette découverte est une surprise et c'est pourquoi les chercheurs ont conclu dans l'article qu'ils ont publié « qu'une plus grande attention devrait être accordée à une transition plus progressive, complexe et nuancée des écosystèmes terrestres pendant le Changhsingien (la dernière partie du Permien) et, peut-être, le début du Trias » .

Robert Gastaldo du Colby College détient un crâne de Lystrosaurus maccagi, un tétrapode synapside du Permien tardif commun dans le bassin de Karoo, en Afrique du Sud. Le spécimen fait partie de la collection du Albany Museum, Grahamstown, Afrique du Sud. © R.A. Gastaldo
  • La crise biologique de la fin du Permien (entre -299 Ma et -252 Ma environ) fut la plus grave de l'Histoire de la biosphère.
  • En quelques centaines de milliers d'années, elle a perdu au moins 95 % de genres marins et 70 % des vertébrés terrestres.
  • Cette rapide extinction de masse aurait été provoquée par un important volcanisme dans les trapps de Sibérie qui, en libérant du gaz carbonique, aurait produit un important réchauffement climatique.
  • Ce réchauffement aurait fait baisser la quantité d'oxygène dans les océans, ce qui serait la cause principale de la mort des organismes marins.
  • Toutefois, on constate que, sur le continent Pangée, l'extinction a commencé des centaines de milliers d'années avant ; ce qui laisse penser que ce qui s'est passé est plus complexe qu'on ne le croyait.
Pour en savoir plus

Extinction massive du Permien-Trias : la vie étouffait dans les océans

Article de Laurent Sacco publié le 07/12/2018

La plus grande crise biologique, celle du Permien-Trias, aurait été provoquée par un réchauffement climatique induit par un important volcanisme en Sibérie il y a environ 250 millions d'années. Ce réchauffement climatique aurait fait baisser le taux d'oxygène des océans, entraînant plus de 95 % des espèces marines vers la mort.

La biosphère de la Terre a subie sa plus violente crise il y a environ 250 millions d'années, à l'interface du Permien et du Trias. C'est le fameux Great Dying comme le disent les paléontologues et les géologues. L'extinction a été la plus spectaculaire dans les océans avec environ 96 % des espèces qui disparaissent à ce moment là, principalement des coraux, des brachiopodes, et des échinodermes. Contrairement à la fameuse crise K-T qui a vu la disparition des dinosaures, ne laissant passer que les oiseaux, elle ne semble pas accompagnée de la chute d'un corps céleste ; cependant, de gigantesques épanchements magmatiques peuvent également lui être associés, ces derniers ayant débuté quelques centaines de milliers d'années avant la fin de la grande crise biologique. Ces épanchements se trouvent en Sibérie, mais aussi dans la province d'Emeishan en Chine, et ils font toujours l'objet d'études.

Les trapps de Sibérie, analogues à ceux du Deccan en Inde, auraient émis de grandes quantités de gaz carbonique qui aurait donc produit un réchauffement climatique. Une partie de ce gaz carbonique s'est bien évidemment dissoute dans les océans, avec, pour conséquence, de les acidifier. Un sérieux problème pour les formes de vies qui y vivaient mais pas au point de provoquer l'hécatombe constatée. Une équipe de spécialistes en géosciences des universités de Washington et de Stanford, aux États-Unis, vient de publier dans Science un article dans lequel ils avancent que la diminution de la quantité d'oxygène, présente dans les océans du Permien, serait responsable de la catastrophe. En provocant une élévation de température des eaux, cela aurait fait disparaitre notamment les trilobites, ces arthropodes marins qu'affectionnent les collectionneurs de fossiles amateurs.

À la fin du Permien, les gigantesques épanchements volcaniques des Trapps de Sibérie ont eu lieu en prélude à la plus importante crise biologique que la Terre ait connu. © School of Earth & Space (MIT)

Des océans du Permien devenus hypoxiques

Pour aboutir à cette conclusion, les chercheurs ont commencé par transposer à l'état de la Terre du Permien, c'est-à-dire alors que le supercontinent de la Pangée était encore là, un modèle climatique global comme ceux que l'on fait tourner aujourd'hui sur des ordinateurs. Puis, ils ont changé la composition de l'atmosphère vers la fin du Permien, qui ne devait pas être initialement très éloignée de celle de la Terre actuelle, en ajoutant l'injection présumée de gaz carbonique résultant des trapps de Sibérie. Ce changement a été conduit de manière à reproduire l'augmentation de température moyenne de 10 °C au niveau de l'océan tropical de l'époque, température dont la mémoire se situe bien dans les archives géologiques de la planète bleue, et décryptable à l'aide de la géochimie.

Le modèle climatique prédit alors que les océans ont perdu environ 80 % de leur oxygène. En fait, la moitié de la surface des fonds marins serait devenue anoxique dans les grandes profondeurs, c'est-à-dire dépourvues d'oxygène. Toutefois, ce ne sont pas ces zones anoxiques qui ont décimé les organismes marins car la majorité d'entre eux ne s'y trouvait pas, mais bien plutôt les zones hypoxiques, c'est à dire appauvries en oxygène.

Pour  comprendre ce qui s'est passé en détail, les chercheurs ont considéré les données disponibles concernant les organismes marins apparentés à ceux du Permien et cela, du point de vue de leur résistance à la hausse des températures et à la diminution de la quantité d'oxygène dissous. Ils sont ainsi arrivés à la conclusion que ceux vivant au niveau des tropiques, déjà habitués à une moindre quantité d'O2, pouvaient survivre en partie en montant vers les latitudes plus hautes, là où les océans, initialement plus riches en oxygène dissous du fait de températures plus basses, pouvaient en contenir encore suffisamment pour eux. Les organismes vivants sous ces climats plus froids n'auraient pas eu cette chance.

Pour tester cette hypothèse, ils ont alors compulsé les données paléontologiques concernant les espèces marines du Permien au Trias et leurs localisations géographiques. Les espèces les plus éloignées de l'équateur ont effectivement été celles qui ont le plus souffert. Toute forme de vie a donc littéralement étouffé dans les océans chauds de la fin du Permien.

Cette découverte est inquiétante. Si nous continuons sur la trajectoire des émissions actuelles du CO2, les océans vont se rapprocher à l'horizon 2100 des océans du Permien, ce qui signifie que l'on peut s'attendre aussi à des extinctions massives si l'on ne fait rien.

Des mésosaures au Permien, des reptiles marins avec une ammonite. © Catmando, Fotolia

Extinction massive du Permien-Trias : elle a peut-être été multiple !

Il y a 250 millions d'années la biosphère a connu ce qui semble être sa plus importante crise, celle de la frontière Permien-Trias. Mais s'agissait-il d'une seule catastrophe ? Un groupe de géologues vient de remettre en cause sa chronologie. L'unique couche servant de repère, celle du bassin du Karoo en Afrique du Sud, serait en fait multiple...

La mythique extinction des dinosaures, marquée par la fameuse couche K-T riche en irridium n'est rien si on la compare à la crise biologique qui a frappé le monde vivant il y a environ 250 millions d'années et marquant la limite séparant le Permien du Trias. Selon les estimations des paléontologues, tirées des archives géologiques, c'est en effet près de 90% des espèces marines qui ont alors disparu et de très nombreuses espèces terrestres, dont pas loin de 70% des vertébrés.

A cette époque, les ancêtres des dinosaures et ceux des mammifères, les reptiles mammaliens comme ceux dont on peut trouver les fossiles dans la Vallée de la Lune, se côtoient. Il n'existe alors qu'un seul continent, la Pangée, et un unique océan, la Panthalassa. Dans celle-ci, on peut encore trouver des trilobites et des crinoïdes mais les graptolites ont déjà disparu depuis 50 millions d'années.

Des trilobites du Maroc. Crédit : Geoffrey Notkin

Les trilobites ne survivront pas à la grande extinction du Permien-Trias et parmi les reptiles mammaliens, rares seront ceux du Permien que l'on retrouvera au Trias. Parmi eux se trouvent les Lystrosaurus dont les fossiles sont très abondants dans le bassin du Karoo en Afrique du Sud. Ce bassin contient d'ailleurs une couche bien particulière, la « zone morte », qui marque nettement le passage du Permien au Trias, sépare une zone riche en fossiles d'un autre qui en est dépourvue.

Des traces bien trop étalées dans le temps

C'est du moins ce qu'on croyait jusqu'à la publication récente dans Geology par le géologue Robert Gastaldo et ses collègues d'un article qui jette un pavé dans la mare. En effet, cette couche sert en quelque sorte de couche repère un peu partout sur la planète pour décrypter les événements qu'a alors connu la Pangée et on peut l'étudier particulièrement bien au Karoo. Or, selon les chercheurs, les différents affleurements qu'ils ont minutieusement étudiés en Afrique du Sud depuis 2003 montrent que la zone morte serait en fait multiple et correspondrait donc à des événements différents dans le temps. Il n'y a pas d'isochronisme du point de vue de la stratigraphie, comme le dirait un géologue.

La géologue Sophie Newbury devant la couche dénomée "la zone morte". © Robert Gastaldo, Colby College

Cette conclusion apporte de l'eau au moulin de ceux qui pensent que plusieurs extinctions sont survenues en quelques millions d'années tout au plus. En fait, il n'y a pas encore de véritable consensus et plusieurs théories s'affrontent pour expliquer cette crise biologique majeure.

Une des explications est celle d'un événement volcanique important. Il s'agit des gigantesques épanchements volcaniques des trapps de Sibérie. D'une épaisseur de 3.700 mètres, les couches de laves s'y sont déposées en moins d'un million d'années et sur une superficie estimée à trois millions de kilomètres carrés. Curieusement d'ailleurs, d'autres épanchements avaient eu lieu huit millions d'années plus tôt en Chine, dans la région d'Emeishan. On peut donc soutenir qu'il y a eu au moins deux extinctions importantes liées à ces trapps.

Cliquer pour agrandir. Le 30 décembre 1969 à Hawaï, l'éruption du Mauna ulu sur le Kilauea a été à l'origine d'une fantastique cascade de lave. Les trapps de Sibérie, lors de leur mise en place, devaient générer des cascades et des flots de lave à des échelles bien plus grandes. © D.A. Swanson

D'autres indices plaident en faveur de la chute d'un petit corps céleste. Des fullerènes piégeant des isotopes d'hélium et d'argon, avec une signature cosmogénique, ont été découverts dans les couches datant de la crise Permien-Trias, mais la situation n'est pas claire.

Une autre hypothèse est que le réchauffement causé par l'injection de CO2 dans l'atmosphère par les trapps de Sibérie, en augmentant de plusieurs degrés la température de la planète, a provoqué la libération massive du méthane contenu dans les clathrates. Le méthane est un gaz a effet de serre puissant et au final, la température moyenne de la planète se serait élevée de 8 à 10°C !

Il est probable que, comme pour la crise KT, plusieurs facteurs se soient en fait conjugués. Peut-être des études complémentaires au niveau des différentes couches du Karoo marquant des extinctions permettront-elles de démêler l'écheveau complexe des multiples causes de la plus grande extinction connue ayant frappé la biosphère. Elles confirmeront sans doute le scénario final proposé par cette vidéo.

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