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Une étude révèle que l’activité volcanique de l’Atlantique Nord a joué un rôle majeur dans le changement climatique il y a 56 millions d’années

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Le maximum thermique du Paléocène-Éocène (PETM) est une période de réchauffement planétaire qui s’est produite il y a environ 56 millions d’années et qui a duré approximativement 200 000 ans, lorsque la température à la surface de la Terre a augmenté d’environ 5°C.

Les hypothèses concernant la cause de cet événement hyperthermique (réchauffement de courte durée) ont inclus la déstabilisation des hydrates de méthane (solides de méthane et d’eau ressemblant à de la glace) due au forçage orbital (changements dans le rayonnement solaire entrant dus à la variation de l’inclinaison de l’axe et de l’orbite de la Terre) et le soulèvement des terres causant l’altération des roches marines.

Toutefois, de nouvelles recherches parues dans Climate of the Past suggèrent que l’activité volcanique dans l’Atlantique Nord a contribué de manière significative à l’émission de gaz à effet de serre dans l’atmosphère (elle était active il y a 63 à 54 millions d’années, mais a connu un pic de volcanisme il y a 56 à 54 millions d’années). L’augmentation des émissions de carbone correspond à un pic important de carbone plus léger (12C) enregistré dans les coquilles des micro-organismes fossiles vivant dans les océans à l’époque, les foraminifères. Il renforce l’effet de serre en piégeant et en absorbant la chaleur rayonnant de la surface de la Terre, provoquant une boucle de rétroaction positive de températures toujours plus élevées.

Continent and plate reconstruction of the North Atlantic Igneous Province area 56 million years ago, highlighting areas of volcanism and the spread of lava flows on the seafloor. Credit: Jones et al. 2023

Ce volcanisme s’étend sur une vaste province ignée de l’Atlantique Nord (NAIP) située entre le Groenland, le nord du Royaume-Uni et l’ouest de la Norvège. On pense que le volume total de magma mis en place s’élève à 1 000 000 km3, ce qui équivaut à un réservoir de carbone de 35 000 gigatonnes.

Pour déterminer la contribution du NAIP au changement climatique du PETM, Morgan Jones, de l’université d’Oslo, et ses collègues se sont tournés vers les sédiments conservés sur l’île de Fur, au Danemark, où l’on trouve une section complète précédant et suivant le PETM, qui a été soulevée du fond de la mer pendant des millénaires.

On y trouve des centaines de couches de cendres (d’une épaisseur supérieure à 1 cm) provenant du NAIP, que les scientifiques ont analysées à la recherche d’éléments particuliers afin de déterminer l’activité volcanique, les changements dans les régimes hydrologiques et l’altération. Ces mesures sont appelées « proxies » et donnent une indication des conditions environnementales passées lorsque des mesures directes ne sont pas disponibles, contrairement à aujourd’hui où nous pouvons utiliser des instruments pour mesurer les émissions en temps réel.

Les indicateurs volcaniques comprennent le mercure et l’osmium qui sont libérés lors des éruptions et se déposent avec la matière organique. Leur enrichissement progressif tout au long de la succession indique une activité élevée du NAIP jusqu’au PETM, avant un déclin assez rapide au cours de la phase de récupération qui a suivi l’événement. Cette phase aurait été composée d’éruptions basaltiques et de dégazages thermogéniques (élimination des gaz dissous dans les liquides) dus au contact avec des intrusions magmatiques.

Dans ce dernier cas, les niveaux élevés de méthane ont contribué de manière significative au réchauffement de la planète, car il s’agit d’un puissant gaz à effet de serre, 28 fois plus puissant que le dioxyde de carbone pour piéger la chaleur sur une période de 100 ans. Le Dr Jones suggère un changement distinct dans l’activité du PNIA, qui est passé d’effusif (déversement de lave sur le sol) à explosif (y compris les nuages de cendres et les bombes volcaniques, par exemple) au cours de cette période.

Les indicateurs paléoclimatiques comprennent le carbone, le lithium et l’osmium, ces deux derniers étant des traceurs de l’altération des silicates. Les abondances de lithium et d’osmium augmentent pendant le pic et ensuite après le PETM, ce qui met en évidence l’altération et l’érosion accrues des silicates résultant d’un cycle hydrologique plus intense dû au réchauffement de la planète. Cependant, les mesures de lithium ne correspondent pas entièrement à la paléotempérature de l’époque, le Dr Jones et ses collègues suggérant que le soulèvement du NAIP aurait contribué à fournir des roches plus exposées pour que l’altération et l’érosion puissent avoir lieu.

Photographie de la plage de Stolleklint sur l’île de Fur, au Danemark, avec les lignes noires indiquant les couches de cendres et les phases pré, pic et post-PETM marquées. Crédit : Jones et al. 2023/ Stokke et al. 202

L’altération post-PETM des coulées de lave basaltique riches en silice a utilisé le dioxyde de carbone de l’atmosphère pour former des composés de carbonate et de bicarbonate qui ont séquestré ce gaz à effet de serre dans la roche, contribuant ainsi à absorber le dioxyde de carbone et donc à faciliter le rétablissement après l’événement climatique. En outre, un cycle hydrologique amélioré a transporté les cendres vers la mer pour les enfouir, ce qui a contribué à créer une boucle de rétroaction négative par laquelle davantage de carbone a été éliminé de l’atmosphère et de l’hydrosphère ; ainsi, le forçage de l’effet de serre a diminué et les températures globales ont baissé.

Il convient de noter que les archives volcaniques ne sont pas toutes préservées ici, car seules les éruptions les plus explosives auraient permis aux cendres d’atteindre l’Atlantique Nord jusqu’au Danemark pour être préservées et découvertes par les scientifiques des millions d’années plus tard. Bien qu’il reste encore beaucoup de travail à faire sur les changements climatiques à l’échelle géologique, il est important de les étudier car ils offrent une fenêtre sur le réchauffement climatique futur et permettent de comprendre comment le dioxyde de carbone, qu’il soit d’origine naturelle ou anthropique, aura un impact sur notre monde.

Adaptation Terra Projects

Source : https://phys.org/

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