Comment nous savons que le changement climatique était à l'origine de la plus grande extinction de la planète

Comment nous savons que le changement climatique était à l'origine de la plus grande extinction de la planète

Selon une nouvelle étude, le réchauffement climatique qui a empêché les animaux de respirer a provoqué l'extinction massive du Permien dans les océans.

Avec la hausse des températures et l'accélération du métabolisme des animaux marins, les eaux plus chaudes ne pourraient contenir suffisamment d'oxygène pour leur survie, ont rapporté les chercheurs.

La plus grande extinction de l'histoire de la Terre a marqué la fin de la période du Permien, il y a quelques millions d'années. Bien avant les dinosaures, une série d'éruptions volcaniques massives en Sibérie a en grande partie effacé les plantes et les animaux qui peuplaient notre planète.

L'illustration ci-dessous montre le pourcentage d'animaux marins éteints à la fin du Permien par latitude, à partir du modèle (ligne noire) et des archives fossiles (points bleus). Un pourcentage plus élevé d'animaux marins a survécu sous les tropiques par rapport aux pôles. La couleur de l'eau montre le changement de température, le rouge étant le réchauffement le plus sévère et le jaune le moins réchauffant.

Comment nous savons que le changement climatique était à l'origine de la plus grande extinction de la planèteAu sommet se trouve la Pangée, le supercontinent, aux éruptions volcaniques massives émettant du dioxyde de carbone. Les images situées sous la ligne représentent une partie du pourcentage 96 des espèces marines décédées au cours de l'événement. [Comprend des dessins de fossiles de Ernst Haeckel / Wikimedia; Photo de crabe bleu par Wendy Kaveney / Flickr; Photo de morue de l'Atlantique par Hans-Petter Fjeld / Wikimedia; Photo du nautile chambré de John White / CalPhotos.] (Crédit: Justin Penn et Curtis Deutsch / U. Washington) Les fossiles des anciennes roches du fond marin présentent un écosystème marin florissant et diversifié, puis une bande de corps. Quelques 96 pour cent des espèces marines ont été anéanties au cours de la «Grande mort», suivies de millions d’années pendant lesquelles la vie a dû se multiplier et se diversifier à nouveau.

Ce qui a été débattu jusqu'à présent, c'est précisément ce qui a rendu les océans inhospitaliers: la forte acidité de l'eau, l'intoxication par les métaux et les sulfures, le manque total d'oxygène ou simplement des températures plus élevées.

'Fuis ou péris'

«C’est la première fois que nous faisons une prédiction mécaniste de la cause de l’extinction qui peut être directement vérifiée à l’aide du registre des fossiles, ce qui nous permet ensuite de prédire les causes de l’extinction dans l’avenir», déclare le co-auteur Justin Penn, doctorant en océanographie à l'Université de Washington.

Les chercheurs ont exécuté un modèle climatique avec la configuration de la Terre pendant le Permien, lorsque les masses continentales ont été combinées dans le supercontinent de Pangea. Avant que les éruptions volcaniques en Sibérie ne créent une planète à gaz à effet de serre, les océans avaient des températures et des niveaux d'oxygène similaires à ceux d'aujourd'hui. Les chercheurs ont ensuite augmenté les émissions de gaz à effet de serre dans le modèle au niveau requis pour que les températures des océans tropicaux à la surface soient supérieures de quelques degrés 10 (Celsius) à des conditions équivalentes à ce moment-là.

Le modèle reproduit les changements dramatiques qui en résultent dans les océans. Les océans ont perdu environ 80 pour cent de leur oxygène. Environ la moitié du fond des océans, la plupart du temps à des profondeurs plus profondes, est devenue totalement dépourvue d'oxygène.

Pour analyser les effets sur les espèces marines, les chercheurs ont examiné les différentes sensibilités des espèces marines modernes 61 à l'oxygène et à la température, notamment les crustacés, les poissons, les crustacés, les coraux et les requins, à l'aide de mesures de laboratoire publiées. La tolérance des animaux modernes à des températures élevées et à un faible taux d'oxygène devrait être similaire à celle des animaux du Permien, car ils ont évolué dans des conditions environnementales similaires. Les chercheurs ont ensuite combiné les caractéristiques de l'espèce avec les simulations paléoclimatiques pour prédire la géographie de l'extinction.

«Très peu d'organismes marins sont restés dans les mêmes habitats que ceux dans lesquels ils vivaient - c'était soit de fuir, soit de périr», explique le coauteur Curtis Deutsch, professeur agrégé d'océanographie.

Le modèle montre que les organismes les plus touchés sont les organismes les plus sensibles à l'oxygène trouvé loin des tropiques. De nombreuses espèces qui vivaient sous les tropiques ont également disparu dans le modèle, mais le modèle prédit que les espèces situées dans les hautes latitudes, en particulier celles qui ont une forte demande en oxygène, ont été presque complètement éliminées.

Doublement mortel

Pour tester cette prédiction, les coauteurs Jonathan Payne et Erik Sperling de l’Université de Stanford ont analysé les distributions de fossiles du Permien supérieur à partir de la base de données Paleoceanography, une archive virtuelle de collections de fossiles publiées. Les archives fossiles indiquent où se trouvaient les espèces avant l’extinction et lesquelles ont été complètement éliminées ou limitées à une fraction de leur habitat.

Les archives fossiles confirment que les espèces éloignées de l'équateur ont le plus souffert durant l'événement.

«La signature de ce mécanisme de destruction, le réchauffement climatique et la perte en oxygène, correspond à ce schéma géographique prédit par le modèle, puis découvert dans les fossiles», explique Penn. "L'accord entre les deux indique que ce mécanisme du réchauffement climatique et de la perte en oxygène était l'une des principales causes de l'extinction."

L'étude s'appuie sur des travaux précédents menés par Deutsch, qui montrent que, lorsque les océans se réchauffent, le métabolisme des animaux marins s'accélère, ce qui signifie qu'ils ont besoin de plus d'oxygène, alors que les eaux plus chaudes retiennent moins. Cette étude antérieure montre comment les océans plus chauds éloignent les animaux des tropiques.

La nouvelle étude combine les conditions changeantes de l'océan avec les besoins métaboliques de divers animaux à différentes températures. Les résultats montrent que les effets les plus graves de la privation d'oxygène concernent les espèces vivant près des pôles.

«Comme les métabolismes des organismes tropicaux étaient déjà adaptés à des conditions relativement chaudes et peu oxygénées, ils pourraient s'éloigner des tropiques et trouver les mêmes conditions ailleurs», explique M. Deutsch. "Mais si un organisme était adapté à un environnement froid et riche en oxygène, ces conditions cessaient d'exister dans les océans peu profonds."

Les soi-disant «zones mortes» qui sont complètement dépourvues d'oxygène sont pour la plupart en dessous des profondeurs où vivent les espèces et jouent un rôle moins important dans les taux de survie.

«À la fin de la journée, il s’est avéré que la taille des zones mortes ne semble pas vraiment être l’essentiel pour l’extinction», déclare Deutsch. «Nous pensons souvent à l'anoxie, au manque complet d'oxygène, comme condition indispensable pour obtenir une inhabitabilité généralisée. Mais si vous examinez la tolérance au manque d'oxygène, la plupart des organismes peuvent être exclus de l'eau de mer à des niveaux d'oxygène proches de l'anoxique. »

Semblable à aujourd'hui

Le réchauffement entraînant un manque d'oxygène explique plus de la moitié des pertes de diversité marine. Les auteurs disent que d'autres changements, tels que l'acidification ou des changements dans la productivité des organismes photosynthétiques, ont probablement agi en tant que causes additionnelles.

La situation à la fin du Permien - l'augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère, qui créent des températures plus chaudes sur Terre - est similaire à celle d'aujourd'hui.

"Selon un scénario d'émissions habituelles, le réchauffement de 2100 dans la partie supérieure de l'océan aura approché le X pour cent du réchauffement à la fin du Permien, et d'ici l'an XX, il atteindra entre X pour cent et 20", déclare Penn.

"Cette étude met en évidence le potentiel d'extinction de masse découlant d'un mécanisme similaire dans le contexte du changement climatique anthropique."

L'étude apparaît dans Science. L'étude a été financée par la Fondation Gordon et Betty Moore et la National Science Foundation.

La source: Université de Washington

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