L'impulsion de magma souterrain a déclenché l'extinction de la fin du Permien

Dans un article publié aujourd'hui dans Nature Communications , l'équipe rapporte qu'il y a environ 251,9 millions d'années, une énorme impulsion de magma s'est élevée à travers la Terre, dans une région connue aujourd'hui sous le nom de pièges sibériens. Une partie de ce liquide en fusion a cessé d'éclater à la surface et s'est plutôt répandue sous la croûte terrestre peu profonde, créant un vaste réseau de roches s'étendant sur près d'un million de kilomètres carrés.

Au fur et à mesure que le magma souterrain se cristallisait en formations géologiques appelées seuils, il réchauffait les sédiments riches en carbone environnants et libérait rapidement dans l'atmosphère un énorme volume de dioxyde de carbone, de méthane et d'autres gaz à effet de serre.

‘Cette première impulsion de seuils a généré un énorme volume de gaz à effet de serre, et les choses ont vraiment mal tourné, très vite’, explique le premier auteur et ancien étudiant diplômé du MIT, Seth Burgess. ‘Les gaz ont réchauffé le climat, acidifié l'océan et rendu très difficile la survie des choses sur terre et dans l'océan. Et nous pensons que le pistolet fumant est la première impulsion des seuils de Siberian Traps.

Aller aux racines de l'extinction

Depuis les années 1980, les scientifiques soupçonnent que les événements d'extinction les plus graves de la Terre, y compris la fin du Permien, ont été déclenchés par de grandes provinces ignées telles que les pièges sibériens – de vastes accumulations de roches ignées, formées par des éruptions prolongées de lave sur terre et des intrusions de magma sous la surface. Mais Burgess a été frappé par une certaine incongruité dans de telles hypothèses.

‘Une chose m'a vraiment fait mal : la durée totale du magmatisme dans la plupart des cas est d'environ 1 million d'années, mais les extinctions se produisent très rapidement, en environ 10 000 ans. Cela m'a dit que ce n'est pas toute la grande province ignée qui est à l'origine de l'extinction », explique Burgess, qui est maintenant chercheur scientifique pour l'US Geological Survey.

Il a supposé que la cause profonde des extinctions massives pourrait être un intervalle de magmatisme plus court et plus spécifique au cours de la période beaucoup plus longue au cours de laquelle de grandes provinces ignées se forment.

Fouiller dans les données

Burgess a décidé de réexaminer les mesures géochronologiques qu'il avait effectuées en tant qu'étudiant diplômé dans le laboratoire de Samuel Bowring, professeur de géologie Robert R. Shrock au Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes du MIT.

En 2014 et 2015, lui et Bowring ont utilisé des techniques de datation de haute précision pour déterminer le moment de l'extinction massive de la fin du Permien et l'âge des anciennes roches magmatiques que l'équipe a recueillies au cours de trois expéditions sur le terrain dans les pièges sibériens.

D'après l'âge des roches, ils ont estimé que cette période magmatique avait commencé environ 300 000 ans avant le début de l'extinction de la fin du Permien et s'était éteinte 500 000 ans après la fin de l'extinction. À partir de ces dates, l'équipe a conclu que le magmatisme dans les pièges sibériens devait avoir joué un rôle dans le déclenchement de l'extinction de masse.

Mais une énigme subsistait. Même si la lave a éclaté en volumes massifs des centaines de milliers d'années avant l'extinction, il n'y a eu aucune preuve dans les archives fossiles mondiales suggérant un stress biotique ou un changement significatif du système climatique au cours de cette période.

‘Vous vous attendriez à ce que si ces laves entraînent l'extinction, vous verriez des preuves mondiales du déclin de la biosphère’, déclare Burgess.

Lorsqu'il a examiné les données du groupe, il a remarqué que les roches datées de la fenêtre de 300 000 ans avant le début de l'extinction étaient presque exclusivement volcaniques, ce qui signifie qu'elles se sont formées à partir de lave qui a éclaté sur la terre. En revanche, les seuils souterrains n'ont commencé à apparaître que juste avant le début de l'extinction, il y a 251,9 millions d'années.

‘J'ai réalisé que les seuils les plus anciens correspondaient exactement au début de l'extinction de masse’, déclare Burgess. ‘Vous n'avez aucun effet négatif sur la biosphère lorsque vous avez toute cette lave en éruption, mais à la seconde où vous commencez à pénétrer dans les seuils, l'extinction massive commence.’

Calendrier révisé

Sur la base de ses nouvelles observations des données, Burgess a décrit une chronologie raffinée en trois étapes des processus qui ont probablement déclenché l'extinction de la fin du Permien. La première étape marque le début d'éruptions généralisées de lave sur terre, il y a 252,2 millions d'années. Au fur et à mesure que la lave crache et se solidifie sur une période de 300 000 ans, elle forme une calotte rocheuse dense.

La deuxième étape commence il y a environ 251,9 millions d'années, lorsque la calotte de lave devient une barrière structurelle à l'éruption de lave ultérieure. Au lieu de cela, le magma ascendant s'arrête et se propage sous la calotte de lave sous forme de seuils, réchauffant les sédiments riches en carbone de la Terre et libérant d'énormes quantités de gaz à effet de serre dans l'atmosphère – presque précisément au début de l'événement d'extinction de masse. ‘Ces premiers seuils sont la clé’, déclare Burgess.

La dernière étape commence il y a environ 251,5 millions d'années, alors que la libération de gaz ralentit, alors même que le magma continue de pénétrer dans les sédiments.

‘À ce stade, le magma a déjà dégazé le bassin de la plupart de ses volatils, et il devient plus difficile de générer de grands volumes de volatils à partir d'un bassin qui a déjà été cuit’, explique Burgess.

Un coupable pour d'autres extinctions ?

Des impulsions aussi courtes de seuils auraient-elles pu déclencher d'autres extinctions massives dans l'histoire de la Terre ? Burgess a examiné les données géochronologiques de trois autres événements d'extinction qui, selon les scientifiques, coïncident avec de grandes provinces ignées : les extinctions du Crétacé-Pléogène, du Trias/Jurassique et du Jurassique précoce.

Pour les événements d'extinction du Trias / Jurassique et du Jurassique précoce, il a découvert que les grandes provinces ignées associées contenaient d'importants réseaux de filons-couches, ou de magma intrusif, mis en place dans des bassins sédimentaires qui abritaient probablement des gaz volatils. Dans ces deux cas, le déclencheur d'extinction aurait pu être une courte impulsion initiale de magma intrusif, similaire à la fin du Permien.

Cependant, pour l'événement Crétacé-Paléogène – l'extinction qui a tué les dinosaures – Burgess a noté que la grande province ignée qui était en éruption à l'époque est principalement composée de laves, pas de seuils, et a éclaté dans la roche granitique, pas un gaz- riche bassin sédimentaire. Ainsi, il n'a probablement pas libéré suffisamment de gaz à effet de serre pour causer exclusivement la mort des dinosaures. Au lieu de cela, Burgess dit qu'une combinaison d'éruptions de lave et de l'impact de l'astéroïde Chicxulub était probablement responsable.

‘Les grandes provinces ignées ont toujours été blâmées pour les extinctions massives, mais personne n'a vraiment compris si elles étaient vraiment coupables, et si oui, comment cela a été fait’, dit Burgess. ‘Notre nouveau travail franchit cette étape suivante et identifie quelle partie de la grande province ignée est coupable et comment elle a commis le crime.’

Les co-auteurs de l'article sont Bowring et JD Muirhead, de l'Université de Syracuse. La recherche a été soutenue, en partie, par une bourse de recherche postdoctorale US Geological Survey Mendenhall, qui a été attribuée à Burgess.