Samedi-sciences (114): cataclysme volcanique il y a 252 millions d'années

Fossile de Triarthrus eatoni, une espèce de trilobites (arthropodes marins) disparue au permien © Didier Descouens Fossile de Triarthrus eatoni, une espèce de trilobites (arthropodes marins) disparue au permien © Didier Descouens

Pour se maintenir à la surface de notre planète, la vie a dû se relever de plusieurs épisodes d’extinction en masse, dont le plus grave s’est produit à la fin du permien (la dernière partie du paléozoïque), il y a environ 252 millions d’années. Selon les dernières recherches, de gigantesques éruptions volcaniques en Sibérie seraient à l’origine de cette extinction massive du permien, qui a détruit 90 % des espèces marines et 70% des vertébrés terrestres. La catastrophe a été attribuée à diverses causes, les deux principaux suspects étant le volcanisme ou la chute d’un astéroïde.

A la même époque que l’extinction massive s’est produit le plus important événement volcanique des 500 derniers millions d’années de l’histoire de la Terre : les éruptions qui ont formé les trapps de Sibérie, une région de plateaux basaltiques qui s’étend aujourd’hui sur 2 millions de kilomètres carrés. On estime que ces éruptions ont produit plusieurs millions de kilomètres cubes de lave qui ont recouvert une surface équivalente à celle de l’Europe occidentale.

Mais la chronologie exacte des événements permet-elle d’imputer avec certitude l’extinction massive aux éruptions sibériennes ? Pour le savoir, deux chercheurs du MIT, Seth Burgess et Samuel Bowring, ont utilisé la technique de datation la plus précise dont on dispose, basée sur la mesure des isotopes radioactifs contenus dans les cristaux de zircon. Ils ont appliqué cette méthode à des roches provenant des trapps de Sibérie ainsi qu’à des roches contenant des traces de l’extinction massive et venant d’un gisement en Chine. Les résultats montre que le magmatisme en Sibérie a précédé de peu l’extinction massive : Burges et Bowring datent les premières éruptions à 252,28 millions d’années, alors que l’extinction aurait commencé il y a 251,941 millions d’années, et se serait achevée il y a 251,880 millions d’années, ce qui représente une courte période à l’échelle géologique.

Cette datation très précise désigne avec une quasi-certitude les éruptions sibériennes. Reste à comprendre le mécanisme destructeur qui a fait disparaître une grande partie des formes vivantes du permien. Le gaz carbonique libéré dans l’atmosphère en quantités colossales a provoqué un réchauffement spectaculaire, de 8 à 10 °C, d’après l’analyse de sédiments dans la province de Guangxi, au sud de la Chine. Mais cette analyse montre aussi, selon le paléontologue chinois Shuzhong Shen, que le réchauffement s’est produit après l’extinction, et n’est donc pas sa cause.

De plus, la datation établie par les chercheurs du MIT, concordante avec l’étude des traces fossiles en Chine, suggèrent que l’extinction du permien a été très rapide, et n’a duré que quelques dizaines de milliers d’années. Cette rapidité plaide en faveur d’autres mécanismes tueurs que le réchauffement, notamment la survenue de pluies très acides provoquées par les émissions de dioxyde de soufre liées aux éruptions. Au MIT, Benjamin Black, spécialiste de la modélisation atmosphérique, a simulé l’effet qu’aurait causé l’injection d’un milliard et demi de tonnes de dioxyde de soufre dans l’atmosphère du permien.

La simulation montre que l’hémisphère nord aurait été arrosé par des pluies aussi acides que du jus de citron (atteignant un pH proche de 2). Si les espèces ont pu s’adapter à un réchauffement relativement progressif, le choc brutal de l’acidification a sans doute été meurtrier.

Deux autres phénomènes ont sans doute aggravé la situation. D’une part, le relâchement dans l’atmosphère des gaz produits par les éruptions ont pu détruire une partie importante de la couche d’ozone, et exposer ainsi les espèces vivantes aux ultra-violets. D’autre part, le magma qui a formé les trapps de Sibérie a atteint, en remontant des profondeurs, certains gisements de charbon, dont il aurait pu provoquer la combustion. Cette combustion sous-terraine aurait libéré des fumées toxiques chargées de métaux, notamment du mercure. Un indice de ce scénario a été détecté par des géologues canadiens dans des gisements de schiste de la région arctique dont l’âge correspond à la fin du permien.

Stephen Grasby et ses collègues de l’université de Calgary ont découvert des particules microscopiques qui ressemblent de manière frappante aux cendres rejetées par une centrale à charbon. Et ils ont également relevé des teneurs en mercure élevées dans les couches contenant ce type de cendres. Cela confirme que plusieurs mécanismes concomitants se sont conjugués pour produire la gigantesque hécatombe qui a failli détruire la vie terrestre à la fin du permien.   

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