Anomalie en nickel d’échelle planétaire et extinction de masse apocalyptique de la fin du Permien seraient bien liées aux épanchements volcaniques considérables de Sibérie !

Publié le 13.04.2018

Des concentrations anormalement élevées en nickel ont été observées au voisinage de la limite Permien-Trias dans certains secteurs, tels qu’en Autriche, en Chine, en Israël, en Slovénie ou encore au Spitzberg, et incitèrent à entreprendre de nouvelles analyses au sein de formations équivalentes issues d’autres régions, qui suggèrent à leur tour qu’une telle anomalie géochimique serait manifestement d’extension planétaire. Elle proviendrait de la mise en place des célèbres trapps de Sibérie à la fin du Permien, reflet d’un volcanisme continental intraplaque absolument titanesque au regard des volumes colossaux atteints par ses épanchements fissuraux qui aujourd’hui encore couvrent une superficie de plus de deux millions de kilomètres carrés. Les émissions de gaz magmatiques qui les accompagnèrent, de dioxyde de carbone et de méthane en particulier, auraient entraîné un puissant effet de serre à l’origine d’un réchauffement global très intense du climat, probablement responsable de l’extinction la plus massive qui soit survenue sur Terre, en dehors de l’actuelle extinction de l’Anthropocène qui, ô combien plus rapide, promet d’être aussi magistrale mais dont les causes sont évidemment tout autres...

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Eruption du Bardarbunga, stratovolcan situé sous le Vatnajökull, calotte glaciaire la plus étendue d’Islande
Fontaines de lave de l’éruption fissurale de 2014 dans le Holuhraun. L’éruption a cessé au bout de six mois, en ayant produit un volume de 1,4 km3 de lave, couvrant une superficie de 85 km2.
Crédit photo Jon Gustafsson

Des analyses effectuées dans des formations représentatives de la limite Permien-Trias, échantillonnées notamment en Chine, en Israël, en Slovénie, dans les Alpes carniques autrichiennes ou encore sur l’île du Spitzberg (archipel du Svalbard, bassin arctique), avaient préalablement révélé l’existence d’une anomalie géochimique positive substantielle en nickel et poussèrent les auteurs new-yorkais de l’étude présente (Rampino et al., 2017) à renouveler de telles mesures sur des échantillons en provenance d’affleurements de même âge mais situés cette fois-ci en Hongrie, en Inde et au Japon. Ils y retrouvèrent des teneurs importantes en cet élément métallique de transition, concentrations paraissant pour le moins symptomatiques de cette période de la fin du Permien, et en déduisirent qu’une telle anomalie existait probablement à l’échelle mondiale. La mettre en relation avec le volcanisme intraplaque cataclysmique s’étant manifesté à l’époque sur une portion importante de la Sibérie semblait dès lors particulièrement tentant...

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Extension actuelle des trapps de Sibérie occidentale et centrale (carte libellée en russe)
Sont représentés en violet les affleurements de laves (essentiellement des basaltes) et en rouge, ceux de roches pyroclastiques et volcano-sédimentaires (tufs et tuffites).
Source : Wikimedia commons
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Ces chercheurs émettent en effet l’hypothèse que de tels apports conséquents en nickel pourraient témoigner, au moment des éruptions, de relargages dans l’atmosphère de phases volatiles enrichies en cet élément, émissions aériennes qui constitueraient en quelque sorte un marqueur planétaire de l’activité volcanique à l’origine des célèbres trapps de Sibérie (voir encadré n° 1 ci-dessous), qui recouvrent encore actuellement une large part de la Sibérie occidentale ainsi que le plateau de Sibérie centrale sous des épaisseurs totales spectaculaires, pouvant atteindre plusieurs kilomètres. Des études antérieures ont montré de surcroît que leur extension dépasse en réalité celle de la Sibérie continentale (plate-forme sibérienne), ces formations se prolongeant notamment vers le nord jusque dans l’archipel de Nouvelle-Sibérie [1], qui souligne la limite entre mer de Laptev et mer de Sibérie orientale.

De longue date, il a été suggéré que la crise extrêmement sévère ayant frappé la biosphère au moment du passage entre Permien et Trias (limite P-T, remontant aux environs de - 252 millions d’années), était certainement une conséquence de ce volcanisme sibérien d’ampleur exceptionnelle dans la mesure où celui-ci intervint à la même époque, une pure coïncidence étant difficilement concevable. Les auteurs de l’étude considèrent que ce sont plus précisément d’importantes émissions de gaz magmatiques, notamment de dioxyde de carbone et de méthane, intervenant en parallèle de la dissémination d’autres composés tels que le nickel, qui seraient à l’origine d’un effet de serre si intense qu’il aurait entraîné un réchauffement prononcé du climat, au point de provoquer la disparition d’une majorité des organismes présents à cette époque sur Terre. Des évaluations pratiquées en effectuant un inventaire des espèces disparues "brutalement" (au regard de l’échelle des temps géologiques) font état de l’extinction d’au moins 70 % (en pourcentage d’espèces) des formes présentes sur les continents et d’environ 90 % de celles vivant dans les océans.

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Pics de concentration en nickel observés dans les niveaux représentatifs de la limite Permien-Trias en Inde, en Hongrie et au Japon
L’indice de profondeur de valeur 0 précisé en ordonné des graphiques correspond aux strates permiennes les plus récentes, soulignant la limite Permien-Trias. Sont également indiquées les positions des anomalies associées (C) concernant les isotopes du carbone, qui apparaissent synchrones ou sub-synchrones de celles en nickel.
Illustration issue de l’article original (Rampino et al., 2017 ; en accès libre).

Sur le plan des concentrations en nickel et en se référant aux analyses ayant été menées antérieurement sur des roches en provenance de régions variées dont la Chine (où a été définie la coupe stratigraphique type comportant des témoins de la limite P-T), les chercheurs dressent un récapitulatif des résultats de ces mesures préalables et précisent que les teneurs en nickel atteintes dans les niveaux représentatifs de la transition Permien-Trias se situent généralement dans une fourchette variant entre 90 et 250 ppm (partie par million), pour des teneurs observées dans les roches adjacentes (l’équivalent d’un bruit de fond) qui ne sont tout au plus que d’une dizaine ou de quelques dizaines de ppm (en Israël, ce pic atteint 800 ppm alors que le bruit de fond ne dépasse pas 45 ppm). Il apparaît donc bien un pic de concentration que les auteurs interprètent comme étant réellement un marqueur de ces manifestations volcaniques sibériennes de la fin du Permien. Il semble par ailleurs que d’autres éléments (métaux ou métalloïdes), qui peuvent également être d’origine magmatique (il s’agit en l’occurrence du cuivre, du plomb, du zinc, de l’antimoine ou encore de l’arsenic), aient tendance à présenter eux aussi des pics de concentration anormaux corrélés à ceux en nickel. Des investigations antérieures concernant le zinc et ses isotopes avaient d’ailleurs permis d’envisager qu’à l’instar d’autres métaux, celui-ci pouvait provenir de retombées de cendres volcaniques, d’apports hydrothermaux et/ou encore d’une altération météorique très rapide des basaltes sibériens. Il est en outre intéressant de constater la présence, ayant été relevée systématiquement ou presque, d’une anomalie concernant les valeurs du rapport des isotopes stables du carbone (12C et 13C), que d’aucuns attribuent aux émissions volcaniques et/ou volcanogéniques de gaz carbonique et de méthane, rejetées dans l’atmosphère au moment des éruptions.

Afin de confirmer la tendance observée quant à l’existence de ce lien qui semble établi entre anomalie positive en nickel (en plus d’autres métaux pouvant traduire une origine volcanique) et anomalie isotopique du carbone (décelée dans des carbonates ou à partir du carbone organique contenu dans des sédiments), les chercheurs américains réalisèrent une série d’analyses nouvelles sur des échantillons prélevés en Hongrie, au Japon et en Inde, représentatifs là encore de la zone de passage entre Permien et Trias. Dans tous les cas était présente une anomalie en nickel du même ordre de grandeur que celles mesurées antérieurement, pouvant s’accompagner de teneurs relativement élevées en chrome, en vanadium et en cobalt qui suggèrent un dépôt dans des conditions anoxiques (milieu dépourvu d’oxygène), en même temps que pouvait apparaître une anomalie isotopique du carbone (en Inde et en Hongrie), lorsque des analyses le concernant furent effectivement pratiquées.

Ainsi, les auteurs interprètent l’augmentation des concentrations en nickel et autres métaux observée de par le monde au niveau de la limite P-T comme étant le reflet de l’activité volcanique accompagnant la mise en place des trapps sibériens, plus exactement de l’émission de panaches de volatiles montrant une signature enrichie, entre autres métaux, en nickel. Il est à retenir, et cela n’est bien sûr pas un hasard, que des intrusions nickélifères, constituant des fractions de magma qui sont restées piégées dans la croûte au moment de leur ascension (roches hypabyssales), étroitement associées aux trapps qui eux ont atteint la surface, renferment une minéralisation en nickel, cuivre et palladium (un des éléments du groupe du platine) dont l’extension serait à l’image de celle des trapps eux-mêmes, constituant manifestement le plus important gisement au monde à propos de ces métaux, présents dans ces roches essentiellement sous forme de sulfures. Il paraît dès lors relativement évident qu’un tel gisement puisse être directement en rapport avec le caractère nickélifère initial des magmas parents à l’origine des formations volcaniques/hypabyssales en question (voir encadré n° 2 ci-dessous).

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Image spatiale en fausses couleurs de la région de Norilsk et de son gisement polymétallique
En rose et en violet apparaissent les sols nus (affleurements rocheux, carrières d’exploitation de charbon et de minerai, zones urbaines et zones polluées dues à l’extraction et au traitement du minerai, où notamment intervient une destruction de la végétation constituant taïga et toundra)
Crédit photo : Jesse Allen, NASA Earth Observatory
Domaine public

Le relargage et la dissémination dans l’atmosphère de phases volatiles enrichies en métaux et métalloïdes trouvent confirmation dans le fait que parmi les coulées basaltiques, analysées en dehors de cette étude, certaines sont nettement appauvries en nickel et autres éléments du groupe du platine dans la mesure où ceux-ci auraient été extraits des magmas avant qu’ils ne se solidifient. Ce phénomène s’expliquerait du fait de l’intervention d’une ségrégation de tels éléments métalliques par des liquides sulfurés coexistant au sein des chambres magmatiques avec les portions silicatées à l’origine des laves, qui pourront en conséquence apparaître appauvries. Ces phases sulfurées volatiles auraient été mobilisées, sous forme de panaches volcaniques ayant rejoint l’atmosphère, à l’occasion de manifestations explosives en particulier. A propos, plus spécifiquement, des éléments du groupe du platine, ils peuvent montrer eux aussi, à l’image d’autres métaux, des concentrations un tant soit peu élevées à l’approche de la limite P-T. En Inde en particulier, l’anomalie en nickel est associée à une légère anomalie positive en iridium, qui avait également été décelée dans des échantillons en provenance des Alpes autrichiennes où elle coïncidait là aussi avec une anomalie des isotopes du carbone. Une étude plus approfondie de ces niveaux alpins à partir des isotopes de l’osmium (un autre élément du groupe du platine) confirme que les caractéristiques observées au sujet des platinoïdes leur confèrent plutôt une origine terrestre (en l’occurrence magmatique) et non cosmique comme cela aurait pu être le cas en réponse à un impact météoritique. Les teneurs relativement élevées en platinoïdes observées au voisinage de la limite P-T, notamment un enrichissement en iridium, seraient ainsi à attribuer aux retombées de panaches volcaniques liés aux trapps, enrichis en de tels éléments au même titre que pour le nickel, et non à la chute d’une comète ou d’un astéroïde dont on aurait pu imaginer qu’elle ait été responsable des extinctions.

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Plateau basaltique de Poutorana, situé au delà du Cercle polaire, dans le nord de la Sibérie centrale
L’empilement de coulées de lave subhorizontales (trapps) est particulièrement visible au sommet du plateau.
Crédit : Thomas Algeo, National Science Foundation (US)

Le modèle élaboré ici repose sur le fait que les gaz volcaniques ou volcanogéniques liés aux trapps, émis lors d’éruptions explosives ou au niveau de coulées basaltiques en cours de refroidissement, aient pu l’être également à la suite de réactions entre les intrusions précitées et des couches charbonneuses plus anciennes qu’elles auraient envahies au moment de leur mise en place et qui seraient à l’origine d’une partie du méthane dont on peut supposer qu’il est intervenu en quantité (en plus du gaz carbonique) dans le déclenchement de l’effet de serre à l’origine d’un fort réchauffement du climat global. Comme préalablement indiqué, les anomalies en nickel observées sont en effet très souvent couplées à des anomalies isotopiques concernant le carbone, qui traduiraient plus précisément l’intervention d’un relargage massif dans l’atmosphère de l’isotope léger 12C, plausiblement induit par des réactions entre intrusions magmatiques et niveaux sédimentaires enrichis en carbone, renfermant en l’occurrence des couches de charbon, qui de fait auraient pu produire du méthane en quantité importante. Il a par ailleurs été suggéré que des apports additionnels en méthane se soient surajoutés aux précédents sous l’action de micro-organismes méthanogènes vivant à l’époque dans les mers, micro-organismes dont la multiplication et la croissance auraient été favorisés, dans l’océan de cette fin du Permien, par une biodisponibilité accrue, notamment en nickel, en réponse aux retombées volcaniques. Il n’est pas non plus exclu, comme le préconisent certaines études, que se soit produite une libération de méthane en provenance d’hydrates de gaz naturel (clathrates de méthane), qui auraient pu être présents en abondance dans les sédiments des fonds marins (à l’image de ce que l’on observe actuellement), libération induite par le réchauffement des eaux océaniques du fait de l’intensification de l’effet de serre. D’autres particularités enfin, fondées notamment sur la géochimie des isotopes stables de l’oxygène (18O et 16O), sont en accord avec l’instauration d’un effet de serre susceptible d’avoir été initié en majeure partie par des émissions volcanogéniques, ayant entraîné une augmentation de la température moyenne à la surface du globe qui aurait pu atteindre 8 °C à 10 °C (une telle élévation peut sembler considérable comparativement aux 2 °C d’augmentation que nous serions censés respecter d’ici la fin du siècle, en référence à la température moyenne de l’ère pré-industrielle, si nous ne voulons accélérer de façon significative, sinon catastrophique, l’extinction massive que nous connaissons aujourd’hui [2]). Il est vraisemblable qu’en parallèle se soient produites d’abondantes pluies acides, en réponse à des émissions atmosphériques de dioxyde de soufre (certainement conséquentes au vu de la succession et de l’intensité des éruptions, ainsi que de l’enrichissement initial en soufre des magmas), n’ayant pu que renforcer les disparitions, au niveau de l’océan en particulier, suite à son acidification [3].

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Effondrement de la biodiversité marine lors de l’extinction massive de la limite Permien-Trias (P-T), il y a 250 millions d’années
Les traces d’autres grandes extinctions sont également visibles mais apparaissent d’amplitudes moindres, y compris au niveau de la limite Crétacé-Tertiaire (K-T)
Crédit : Thomas Algeo, National Science Foundation (US)

Il n’est pas impossible enfin, qu’en cette période fini-permienne, les temps de résidence du méthane volcanogénique dans l’atmosphère et dans les océans aient été plus importants que ceux observés de nos jours. Dans l’océan actuel en effet, une forte proportion du méthane est susceptible de réagir avec de l’oxygéne dissout, en même temps qu’il peut subir une oxydation anaérobie en présence de sulfates. A la fin du Permien par contre, des portions entières de l’océan étaient anoxiques ou du moins dysoxiques (caractérisées par de très faibles teneurs en oxygène), ce dont témoigne l’importance des dépôts sédimentaires riches en matière organique (n’ayant pas été dégradée par oxydation), sachant que les teneurs en oxygène de l’atmosphère étaient également plus faibles qu’aujourd’hui (estimées comme devant ne pas dépasser 16 % comparés au 21 % actuels). Les sulfates océaniques ont manifestement subi une réduction chimique importante au vu de la présence de pyrite (un sulfure de fer), retrouvée en abondance dans les formations sédimentaires concernées et qui permet de supposer que celles-ci sont majoritairement issues de milieux marins anoxiques. Ainsi, les deux principaux oxydants potentiels (oxygène dissout et ions sulfate), du moins leurs faibles concentrations à l’époque dans l’océan se sont opposées à une oxydation importante du méthane présent qui se serait ainsi retrouvé concentré dans les mers et donc l’atmosphère, contribuant fortement au réchauffement global synchrone de l’extinction massive marquant la transition entre Permien et Trias, réchauffement dont on suppose qu’il serait en définitive le moteur principal de cette dégradation majeure concernant la biosphère.

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Reconstitution de la chute de l’astéroïde du Chicxulub, marquant la transition entre Crétacé et Tertiaire (K-T)
En plus de l’éjection de grandes quantités de matériaux dans l’atmosphère intervint une onde de choc très importante, ayant été susceptible d’intensifier le volcanisme au niveau de l’ensemble du globe, couplée à un raz-de-marée gigantesque.
Représentation d’artiste.
Crédit : Matthew Lee sur Quora

Les causes de l’extinction de la limite Crétacé-Tertiaire (limite K-T), qui intervient près de 200 millions d’années plus tard, aux environs de - 65 millions d’années, sont sensiblement plus complexes et feraient appel à plusieurs phénomènes, entrés potentiellement en synergie. A l’origine, entre autres, de la disparition des dinosaures non aviens (animaux autres que ceux ayant donné naissance à la lignée des oiseaux), cette extinction massive, l’une des cinq grandes extinctions ayant jalonné l’histoire de la Terre [4], coïncide elle aussi avec un épisode volcanique de grande ampleur, ayant entraîné la mise en place des non moins célèbres trapps du plateau du Deccan, en Inde, dont les volumes initiaux estimés sont proches de ceux des trapps de Sibérie. A l’instar de ces derniers, ces épanchements basaltiques, considérables là encore, sont en théorie susceptibles d’avoir pu engendrer un effet de serre à l’origine d’un réchauffement délétère vis-à-vis des faunes et des flores de la fin du Crétacé. Cependant, la chute d’une météorite a également été invoquée et de longue date comme étant la cause possible des exinctions, s’agissant probablement d’un astéroïde dont le diamètre devait se situer entre 10 et 15 kilomètres. Son cratère d’impact (cratère de Chicxulub, daté de 65 millions d’années et dont le diamètre atteint 180 km), fut mis en évidence au large de la péninsule du Yucatan, au Mexique, et l’une de ses signatures géochimiques, en l’occurrence une anomalie importante en iridium, a été décelée en de nombreux endroits dans les strates de l’époque. Ces dernières apparaissent très souvent sous la forme d’un niveau singulier, attribuable à des retombées de poussières et de suies : la fameuse couche argileuse noire dite couche K-T, soulignant la limite du même nom et renfermant des quartz choqués, témoins de l’impact, ainsi que les traces de retombées de cendres issues d’incendies monstrueux ayant détruit la végétation et qui auraient été déclenchés par l’énergie considérable libérée au moment de l’impact, ayant induit la propagation d’une onde de chaleur en même temps qu’intervenaient des retombées de roches en fusion ayant enflammé les forêts à l’échelle des continents.

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Tyrannosaurus rex en fuite devant l’incendie...
Représentation d’artiste.
Crédit : Mark Garlick, Science Photo Library - Corbis

Cette hypothèse de la chute d’un petit corps céleste a longtemps été considérée comme étant la cause primordiale la plus probable de cette extinction massive de la limite Crétacé-Tertiaire (rebaptisée récemment limite Crétacé-Paléogène), mais le débat perdure aujourd’hui encore entre partisans des effets d’un impact et ceux privilégiant les conséquences du volcanisme. Il semble en effet difficile d’évaluer l’importance relative des deux phénomènes bien que l’on s’accorde en général pour envisager que l’impact d’un astéroïde ou d’une comète ait été déterminant. Certains auteurs (e.g. Bardeen et al., 2017) préconisent que fut sans doute décisive l’intervention de poussières produites par l’impact et surtout de suies résultant des incendies généralisés qu’il aurait déclenchés, en ce sens qu’elles auraient été en mesure d’obscurcir suffisamment l’atmosphère pour bloquer la photosynthèse durant plus d’une année et entraîner l’effondrement des chaînes alimentaires qui en dépendaient. Il a été estimé que les extinctions ont affecté environ 75 % de la biosphère, faunes et flores réunies, dont près de 80 % des espèces marines. En particulier, tous les tétrapodes (ou presque) de plus de 25 kg auraient disparu, représentés durant cette période essentiellement par des dinosaures ainsi que d’autres formes de reptiles. L’obscurcissement de l’atmosphère aurait conduit dans un premier temps à une chute des températures au dessus des océans et des continents, mais en altitude, les suies auraient entraîné une destruction de la couche d’ozone, avant que leur dissipation n’expose la Terre à un rayonnement intense des UV. Il paraît ainsi légitime de concevoir que la puissance du choc provoqué par l’impact (évaluée à plusieurs milliards de bombes d’Hiroshima), que l’onde thermique déclenchée par cette explosion et que l’éjection au sein de l’atmosphère de volumes énormes de matière (en provenance de l’impacteur, des roches terrestres impactées et des incendies), aient pu fortement et durablement affecté la biosphère. En tout état de cause, il existe un faisceau d’arguments plaidant en faveur d’un mécanisme principal à l’origine de l’extinction qui puisse effectivement correspondre à une diminution importante de l’ensoleillement, intervenant de façon ubiquiste et durant des mois du fait de quantités gigantesques de suies et de poussières émises dans l’atmosphère.

Mais il subsiste cependant des zones d’ombre. Comment notamment expliquer que certains crocodiliens aient pu survivre alors que des dinosaures de même taille ont disparu, sinon à imaginer que peut-être ils pouvaient dépendre de chaînes alimentaires distinctes et/ou que les premiers étaient probablement à sang froid (tout comme ils le sont encore aujourd’hui), alors que l’on soupçonne que les seconds étaient potentiellement à sang chaud et qu’ils n’auraient pu ainsi résister à un refroidissement brutal du climat ?

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Trapps du plateau du Deccan (Inde) : Succession de coulées basaltiques dans la région de Mahabaleshwar
Crédit photo : Gerta Keller

Indépendamment des effets catastrophiques de l’impact météoritique en lui-même, l’influence du volcanisme du Deccan ne peut être sous-estimée. A l’image de la mise en place des trapps de Sibérie, cet évènement aurait duré environ un million d’années et les modèles numériques simulant les effets des éruptions iraient dans le même sens que ceux mimant les conséquences de l’impact du Chicxulub. Bien que certains auteurs considèrent que les disparitions, notamment dans l’océan, aient pu avoir lieu trop rapidement pour être une conséquence directe des émissions de gaz volcaniques/volcanogéniques synchrones des épanchements basaltiques, ces émissions sont malgré tout censées avoir pu modifier sérieusement le climat sur du plus ou moins long terme. Une étude en particulier, venant tout juste de paraître (Byrnes & Karlstrom, 2018), met l’accent sur le fait que la chute de l’astéroïde à l’origine du cratère du Yucatan, aurait pu amplifier ce volcanisme colossal du Deccan (dont il semblerait qu’il ait débuté plusieurs centaines de milliers d’années avant que ne se produisent les extinctions), mais aussi celui intervenant au niveau des dorsales océaniques à l’échelle de l’ensemble du globe. Nous assisterions en quelque sorte aux effets combinés des deux phénomènes : chute d’un corps céleste et volcanisme, tant continental qu’océanique. Les auteurs envisagent que les ondes sismiques créées au moment de l’impact auraient été d’une intensité suffisante pour "raviver" non seulement le volcanisme du plateau du Deccan (e.g. Renne et al., 2015 ; Richards et al., 2015) mais aussi les éruptions sous-marines au droit des dorsales océaniques, au point qu’ils estiment que des laves basaltiques autres que les trapps, dont le volume aurait pu représenter près d’un million de kilomètres cubes supplémentaires, se seraient épanchées de façon concomitante au niveau des dorsales parcourant les océans de l’époque. La biosphère ayant été plausiblement fragilisée suite aux premières manifestations du Deccan, les effets de l’impact du Yucatan se seraient donc surajoutés aux activités volcaniques contemporaines, tout en provoquant leur intensification, tant en Inde que sur le fond des océans, assénant en quelque sorte le coup de grâce ayant été fatal à de nombreuses formes de vie. Ainsi, à la différence de l’extinction massive de la fin du Permien dont les causes seraient principalement volcaniques et couplées au déclenchement d’un intense effet de serre, celle de la fin du Crétacé découlerait de l’action conjuguée de la chute d’un petit corps céleste et de phénomènes volcaniques étendus à l’ensemble de la planète et non restreints à un magmatisme de point chaud, localisé cette fois-ci à l’aplomb du continent indien et non plus de la plate-forme sibérienne, bien que l’on peut supposer que ses effets aient été indéniables.

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Effets du réchauffement actuel !
Le réservoir quasiment à sec d’Entrepenas, près de Sacedon (centre de l’Espagne), en novembre 2017, conséquence d’une sécheresse historique frappant la péninsule Ibérique.
Crédit photo : Pierre-Philippe Marcou

Au moment où paraît une étude [5] concernant les taux prévisibles de disparition susceptibles d’affecter la biosphère au cours des prochaines décennies au cas où le réchauffement climatique planétaire actuel continuerait à aller en s’intensifiant (ce qui s’avère être la tendance observée), il est sans doute essentiel de prendre conscience du constat alarmant selon lequel de l’ordre de 50 % des espèces présentes dans les régions les plus riches d’un point de vue biodiversité pourraient être amenées à disparaître si la température moyenne à la surface du globe atteignait + 4,5 °C par rapport à l’ère pré-industrielle, élévation de température qui serait effective d’ici 2080 si aucun effort n’était consenti en vue de ralentir le rythme actuel de nos émissions d’aérosols et de gaz à effet de serre, en marge de gesticulations politiques surmédiatisées pour autant qu’elles demeurent inefficaces (les rejets de gaz à effet de serre, en France en particulier, ont continué d’augmenter en 2017 malgré l’Accord de Paris !). La sixième extinction, dite de l’Anthropocène, à laquelle nous assistons aujourd’hui risque en effet de se poursuivre irrémédiablement si rien n’est fait en matière de réduction de nos émissions atmosphériques, de lutte contre les autres sources de pollution et en termes de protection des habitats et des organismes, à la condition de surcroît de mener en parallèle une exploitation un tant soit peu raisonnée des ressources naturelles. C’est en substance ce que traduisent les dernières parutions de l’IPBES (Plateforme intergouvernementale sur la biodiversité et les services écosystémiques [6]) qui tendent à démontrer que les effondrements de populations d’animaux concernent aujourd’hui la planète entière, en même temps que se révèle tout aussi préoccupante la notion faisant état de l’existence, pour une population donnée, d’une taille minimale en dessous de laquelle une espèce est immanquablement vouée à disparaître.

Il semble que l’on court une fois de plus à la catastrophe mais effectivement pour de tout autres raisons. Quand bien même l’augmentation des températures observée de nos jours ne serait en mesure d’égaler celle, vertigineuse, atteinte à la fin du Permien, il a fallu que s’égrènent des centaines de milliers d’années avant que la vie ne redevienne florissante durant le Trias, tout autant qu’au début du Tertiaire. A l’issue de la situation que nous persistons à maintenir aujourd’hui au regard de nos consommations effrénées en énergies fossiles, de nos multiples rejets polluants et des destructions pratiquées sans vergogne à l’encontre des sols, des eaux et des écosystèmes qui en dépendent, il se pourrait bien que nous n’existions plus sur Terre (ni ailleurs) de manière à observer l’équivalent d’une telle renaissance !...

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Fontaines et coulées de lave de l’éruption fissurale du Holuhraun (Islande) en 2014
Trapps ou basaltes de plateaux

Les trapps (de "trappa", en suédois, terme signifiant escalier, en référence à la structure en gradins de ces coulées lorsque leurs fronts sont dégagés par l’érosion sur les pentes des reliefs concernés) correspondent à des empilements de coulées de lave horizontales ou subhorizontales, pour l’essentiel de composition basaltique, issues d’un volcanisme fissural dont les régions sources se situent au sein du manteau. Ces laves étant relativement fluides, elles ont tendance à s’épancher sur des superficies très importantes (couramment de l’ordre de plusieurs milliers, voire plusieurs millions de kilomètres carrés), pour des épaisseurs totales tout aussi considérables pouvant atteindre 2 000 à 3 000 mètres, cas des non moins célèbres trapps du plateau du Deccan, en Inde, cependant plus récents que ceux de Sibérie puisqu’ils datent de la limite Crétacé-Tertiaire (dite aussi limite Crétacé-Paléogène) et sont donc contemporains, du moins en première approximation, d’une autre extinction de masse ayant profondément marqué la biosphère, à l’origine de la disparition des dinosaures non aviens et de bien d’autres formes de vie.

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Extension et épaisseurs maximales connues des trapps de Sibérie
On remarquera que l’épaisseur totale des laves atteint la valeur exceptionnelle de 3 500 mètres dans la région de Norilsk.

Les trapps de Sibérie couvrent de nos jours plus de 2 millions de kilomètres carrés en Sibérie occidentale et centrale (7 millions estimés à l’origine, avant que la tectonique et l’érosion n’interviennent, soit près de l’équivalent de la superficie de l’Europe occidentale actuelle) et leur volume initial, réellement colossal, est supposé se situer entre 1 et 4 millions de kilomètres cubes. Ils se sont mis en place à la fin du Permien (aux alentours de - 250 millions d’années), sur une durée relativement courte (à l’échelle des temps géologiques), qui serait de l’ordre du million d’années ou légèrement davantage, sous forme d’une succession d’éruptions explosives dont il a été estimé qu’elles pouvaient chacune atteindre une centaine ou quelques centaines de kilomètres cubes, phénomène qui se serait ainsi produit à intervalles réguliers durant cette période.

Ce type d’évènement très intense mais limité dans le temps représente certainement l’épisode volcanique le plus important qui soit survenu sur Terre au cours des 500 derniers millions d’années, sachant que les trapps du Deccan en sont peu éloignés en termes de superficie et de volumétrie initiales estimées. L’origine des magmas est à rechercher dans l’expression d’un panache mantellique ayant pris naissance à la limite entre noyau et manteau, et ayant atteint, en direction du sommet de ce dernier, la base de la lithosphère pour s’extruder au travers du craton sibérien et s’épancher en surface sous forme de coulées de lave, en majorité basaltiques, et de pyroclastiques, en réponse à des phénomènes explosifs.

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Schéma d’un diapir mantellique dans l’exemple de la mise en place des trapps du Deccan
Illustration issue de l’article original (Richards et al., 2015 ; sous accès réservé).

Les auteurs d’un article paru dans la revue Nature (Sobolev et al., 2011 - en accès libre sur ResearchGate), privilégient un modèle de panache pouvant expliquer tant la mise en place rapide des trapps que leur impact environnemental catastrophique. De tels diapirs mantelliques sont à l’origine des LIPs (Large Igneous Provinces), importantes provinces magmatiques constituées en l’occurrence par des trapps en milieu continental ou leurs équivalents sous-aquatiques en milieu marin (donnant naissance à des plateaux océaniques), entraînant l’éruption de millions de km3 de laves, généralement sur des périodes de moins de un million d’années. L’idée couramment admise est que les magmas conduisant au LIPs proviennent de la fusion partielle de la tête de ces diapirs, structures en forme de champignons constituées de péridotites partiellement fondues. Ceux-ci remontent en direction de la lithosphère (couche rigide superficielle du globe regroupant croûte terrestre et partie sommitale du manteau) du fait qu’ils sont plus chauds et donc plus légers que les roches environnantes. Ainsi, la flottabilité importante de tels panaches thermiques est censée produire un soulèvement d’ampleur kilométrique de la lithosphère à l’échelle régionale. De tels bombements sont cependant le plus souvent absents, et c’est notamment le cas en Sibérie, ce qui selon les auteurs pourrait s’expliquer en raison de la présence d’une certaine proportion de croûte océanique recyclée (ayant préalablement été subductée en ayant atteint le manteau inférieur), pouvant représenter de l’ordre de 15 % des matériaux constitutifs du panache et entraînant, du fait qu’elle soit plus dense, une flottabilité moindre de ce dernier, d’où un soulèvement modéré ou quasiment inexistant de la lithosphère. La croûte recyclée, de par son hydratation initiale, subit une fusion à température plus faible que les péridotites mantelliques avoisinantes, ce qui permet la genèse de quantités considérables de magmas en raison de taux de fusion eux-mêmes plus élevés, rendant compte à la fois de l’importance des volumes de laves mis en place et de la durée relativement faible de l’évènement, le panache produisant de surcroît une érosion prononcée de la base de la lithosphère et en conséquence un amincissement de cette dernière en un temps relativement court. En parallèle, les portions de croûte océanique recyclée, enrichies en phases volatiles (dioxyde de carbone et chlorure d’hydrogène en particulier), sont susceptibles de libérer des quantités énormes de gaz magmatiques qui traverseront la croûte terrestre pour être émises dans l’atmosphère et déclencher un effet de serre fatal à l’origine de l’extinction en masse.

Gisement polymétallique de Norilsk en Sibérie centrale

Il paraît en effet opportun de préciser qu’un gisement nickélifère gigantesque existe dans la région de Norilsk, ville située dans le Kraï de Krasnoïarsk, en Sibérie centrale, gisement dont l’exploitation a débuté dans les années 1920. L’agglomération, de plus de 100 000 habitants, est implantée au nord du cercle polaire et elle est considérée comme l’une des villes les plus septentrionales et les plus froides de la planète, tout en étant parmi les plus polluées. Quant au site minier qui en dépend, il correspond à l’un des plus vastes gisements au monde, sinon le plus important, concernant non seulement le nickel mais aussi d’autres métaux tels que le cuivre et le palladium (un des éléments du groupe du platine), son extension se chiffrant en milliers de kilomètres cubes.

Ainsi, la société russe Norilsk Nickel, spécialisée dans l’exploitation et la transformation du nickel et du palladium (dont elle assure les trois quarts de la production mondiale), exploite également et transforme, mais dans une moindre mesure, l’or, le platine, le cuivre et le cobalt. Cette société est de loin la première au niveau mondial en ce qui concerne la production de nickel et celle de palladium, et aussi la première au plan national pour la production d’or. La genèse de ce gisement, exceptionnel de par ses dimensions, est contemporaine de l’activité volcanique à l’origine des trapps (gîte volcanogène), la minéralisation étant apparue lorsque le magma était en cours de refroidissement et de solidification, en même temps qu’il devenait saturé en soufre, d’où une paragenèse composée principalement de sulfures (de nickel, de cuivre, de platine, de palladium...). Les réserves en métaux ont été estimées à 1,8 milliard de tonnes.

On peut néanmoins déplorer l’importance de la pollution engendrée par l’extraction et surtout les traitements du minerai. Des millions de tonnes de dioxyde de soufre sont en effet rejetés chaque année dans l’atmosphère en plus d’autres substances délétères, ce qui n’est évidemment pas sans conséquences sur l’environnement, notamment les ressources en eau et la végétation, en parallèle d’effets indéniables sur les populations (il a été estimé que la ville et son complexe industriel polluaient annuellement autant que l’ensemble de la France). En particulier, plus de 100 000 hectares de toundra, situés dans un rayon de 30 km autour de la ville, sont brûlés par les pluies acides et les émanations toxiques (voir figure). Les bâtiments par ailleurs, en dehors du centre-ville, sont construits directement sur le pergélisol, mais le mauvais entretien du chauffage urbain (qui fuit en de nombreux endroits), venant s’ajouter aux effets du réchauffement climatique, provoque la fonte de ce sol initialement gelé en permanence, entraînant des instabilités et l’affaissement de nombreuses constructions, en plus d’une libération de méthane dont la toxicité est avérée lorsque celui-ci est présent en quantité trop importante dans l’air ambiant.

Gilles Banzet, INIST-CNRS

[1] Voir sur notre site l’article intitulé : "Le volcanisme de l’archipel de Nouvelle-Sibérie et ses implications concernant l’histoire tectonique de l’Arctique".

[2] L’extinction de l’Anthropocène (allusion au fait qu’elle est essentiellement une conséquence des activités humaines), dite aussi Sixième extinction en référence aux cinq grandes extinctions antérieures ayant jalonné l’histoire de la Terre alors que l’homme était encore bien loin d’être présent, correspond à l’extinction massive sans précédent intervenant durant la période contemporaine (dite moderne) de l’Holocène et qui s’accélère aujourd’hui de manière fulgurante, au point qu’environ la moitié des espèces vivantes subsistant actuellement pourraient avoir disparu d’ici une centaine d’années ou moins encore, certaines prévisions, davantage alarmistes, faisant état de l’extinction de la majorité des espèces d’ici la fin du XXIe siècle. Depuis le début du XIXe siècle et en augmentation constante à partir des années 1950, les disparitions concernent des espèces de toutes tailles et se produisent principalement au sein des forêts tropicales humides (en raison des déboisements), caractérisées par une biodiversité importante. On observe en fait un continuum d’extinctions depuis environ 13 000 ans, approximativement la fin de la dernière glaciation, et à ce titre, la vague d’extinctions actuelle, intervenant depuis le milieu du XXe siècle, s’inscrit dans le prolongement de cette première phase et n’en constituerait de fait qu’une accélération. Le taux d’extinctions intervenant de nos jours a été évalué comme étant de l’ordre de 100 à 1 000 fois supérieur au taux moyen naturel observé au cours de l’ensemble de l’histoire de l’évolution, prenant en considération les grandes phases d’extinctions antérieures, beaucoup plus étalées dans le temps.

[3] Voir sur notre site l’article intitulé : "Le volcanisme permien en Sibérie et ses conséquences sur l’environnement planétaire".

[4] Pour plus d’informations sur l’origine de tels évènements ayant profondément marqué la biosphère et les processus évolutifs leur ayant succédé, voir la rubrique "Les grandes crises biotiques et leurs causes physiques", par Eric Buffetaut de l’Ecole Nationale Supérieure de Paris, au sein du dossier thématique Sagascience du CNRS "Evolution" (sous le chapître "Les grands évènements du monde physique et l’histoire de la vie").

[5] Voir le récent rapport produit par l’organisation WWF (World Wide Fund for Nature ou Fonds mondial pour la nature, ONG internationale dédiée à la protection de l’environnement et fortement impliquée en faveur du développement durable), décrivant une simulation des réponses de 35 écorégions réparties à travers le monde lorsque celles-ci sont soumises à diverses projections de changement climatique, plus précisément à trois scénarios de hausse de température moyenne à la surface du globe. Les résultats de ce rapport de synthèse, basé sur une étude (Warren et al., 2018) conduite en partenariat avec le Tyndall Centre and School of Environmental Sciences de l’Université d’East Anglia, en Angleterre, suggèrent qu’un réchauffement de 4,5 °C (par rapport à la période pré-industrielle), température moyenne mondiale susceptible d’être atteinte si aucun effort n’était entrepris pour ralentir le rythme de nos émissions, impliquerait que près de 50 % des espèces peuplant actuellement les écorégions en question soient menacées d’extinction à un niveau local d’ici à 2080, alors que ce taux serait réduit de moitié si le plafond des 2 °C préconisé par l’Accord de Paris était respecté, ...tout en restant de près de 25 % malgré tout !

[6] IPBES : Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services. Voir à ce propos l’article d’Anne-Sophie Boutaud paru tout récemment dans CNRS Le Journal.

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