Les volcans révèlent des indices sur la façon dont l'humanité provoquera sa propre extinction de masse

Tous les animaux, qu'ils vivent sur la terre ou dans l'eau, ont besoin d'oxygène pour respirer. Mais aujourd’hui, les océans du monde perdent de l’oxygène en raison de la hausse des températures et de l’évolution des courants océaniques. Les deux facteurs sont liés aux changements climatiques induits par l'homme.

Ce processus peut potentiellement perturber les chaînes alimentaires marines. Nous savons déjà que les grandes zones hypoxiques ou faiblement oxygénées peuvent être mortelles. Si l’hypoxie augmente à la fois en taille et en durée, il est possible de provoquer une extinction généralisée de la vie marine, ce qui s’est passé dans l’histoire de la Terre.

Nous étudions les anciens et naturels changements dans l'oxygénation des océans et leurs effets biologiques afin de comprendre la réaction naturelle aux futurs scénarios climatiques. Dans une étude récente, nous avons examiné les liens entre un événement volcanique majeur survenu il y a des millions d'années et les modifications du niveau d'oxygène dans les océans. Comme les activités humaines d’aujourd’hui, cet événement a rejeté dans l’atmosphère d’énormes quantités de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre.

Nous avons constaté que cet épisode semblait provoquer des pertes d’oxygène considérables dans l’océan mondial, qui ont duré plus d’un million d’années. Nos recherches s'ajoutent aux preuves croissantes que la teneur en oxygène marin est considérablement affectée par le réchauffement de la température et d'autres rétroactions liées au climat causées par le dégagement de gaz à effet de serre.

Nos océans sont-ils suffocants?

Les scientifiques s'accordent à dire que les activités humaines - principalement la combustion de combustibles fossiles, la déforestation et les pratiques agricoles - libèrent du dioxyde de carbone et du méthane dans l'atmosphère à un rythme sans précédent. Au cours des dernières décennies, la recherche sur les impacts du changement climatique s'est concentrée sur le réchauffement de la planète, l'élévation du niveau de la mer et l'acidification des océans. Maintenant, la perte d'oxygène des océans commence à attirer l'attention.

Les océans du monde ont perdu plus de 2% de leur réservoir d’oxygène dissous au cours des cinq dernières décennies. Dans de nombreux endroits, des facteurs locaux tels que la pollution par les nutriments aggravent le problème. Dans les eaux américaines, des zones hypoxiques majeures se forment régulièrement dans le golfe du Mexique, les Grands Lacs et le long de la côte du Pacifique. Les autres eaux côtières sont touchées de la même manière dans le monde entier.

L'hypoxie peut dévaster les captures de poisson. Aux Philippines, par exemple, la mortalité massive de poissons en 2002 était directement liée à la baisse des niveaux d'oxygène dans l'eau. Un événement similaire s'est produit à Redondo Beach, Californie, en 2011, lorsque des conditions hypoxiques sur plusieurs jours ont décimé la population de poissons locale. En fin de compte, ces événements ont des effets considérables sur l’être humain, puisque 40% de la population mondiale vit à une centaine de kilomètres de l’océan. Des millions de personnes dépendent du poisson pour leur nourriture, leur revenu ou les deux.

Relier la perte d'oxygène ancienne à une extinction de masse marine

Les éruptions volcaniques passées sont probablement nos seuls analogues anciens à la libération moderne de gaz à effet de serre provenant d'activités humaines. Pour comprendre comment ces événements ont affecté les océans, nous nous sommes tournés vers d'anciennes roches marines pouvant enregistrer la relation entre les émissions de dioxyde de carbone des volcans, les niveaux d'oxygène marin et les phénomènes d'extinction.

L'un de ces événements, survenu il y a 183 millions d'années au début du Jurassique, est appelé événement anoxique océanique toarcien. Il est réputé pour son volcanisme majeur et la septième plus grande extinction de masse de l’histoire de la Terre, principalement dans les océans. Le volcanisme survenu était beaucoup plus vaste que tous les volcans modernes et aurait libéré des quantités énormes de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, réchauffant ainsi la planète de façon dramatique.

Nous avons appliqué un nouvel outil novateur, les isotopes du thallium, pour déterminer le moment et la quantité de perte en oxygène des océans au cours de cet événement. Le thallium est un métal mou et argenté que l'on trouve dans divers minerais, notamment des boules de manganèse au fond de l'océan. Les isotopes sont des atomes du même élément qui présentent de légères différences de masse car ils contiennent un nombre variable de neutrons.

De nombreux minéraux se forment dans l'océan, souvent par le biais de réactions impliquant de l'oxygène. Mais la quantité d'oxygène libre dans l'eau de mer n'est pas constante dans l'océan moderne et a également varié dans le temps. Lorsque l'oxygène est abondant dans l'océan, les oxydes de manganèse se déposent au fond de l'océan et le thallium - en particulier ses isotopes les plus lourds - y adhère. En analysant les anciens sédiments marins et en recherchant des modifications de la valeur isotopique du thallium, nous avons émis l’hypothèse que nous pourrions suivre la perte progressive d’oxygène des océans.

Pour ce faire, nous avons recueilli des roches sédimentaires de couleur foncée spécifiques de cette période à des sites situés au Canada et en Allemagne, qui représentaient deux anciens océans différents. Nous avons ensuite dissous chaque couche de roche pour former un liquide, puis isolé et purifié le thallium dans chaque échantillon.

Nous avons constaté que les isotopes du thallium se sont déplacés en deux étapes au cours de cet événement. Premièrement, les océans sont devenus moins oxygénés lors de l'apparition d'un volcanisme massif, il y a environ 183,8 millions d'années, il y a 183,1 millions d'années. Les océans ont ensuite perdu encore plus d'oxygène, ce qui coïncidait avec la phase de volcanisme la plus intense, qui s'est produite entre 183,1 millions d'années et 182,6 millions d'années.

Ce travail montre pour la première fois que l'océan mondial a perdu de l'oxygène de manière coïncidente avec l'apparition du volcanisme. Fait important, cela s’est produit au début d’une extinction connue appelée extinction de masse de Pliensbachien-Toarcien. En d'autres termes, les premiers signes d'extinction dans les archives fossiles coïncident avec une perte d'oxygène dans les océans.

Nous pensons maintenant que cet état de conditions marines pauvres en oxygène a duré plus d'un million d'années et sous deux impulsions d'extinction. La deuxième phase de désoxygénation était plus expansive, provoquant ainsi une extinction plus importante. C'est arrivé même si l'atmosphère contenait assez d'oxygène pour soutenir la vie, un peu comme aujourd'hui. De plus, la durée des conditions de manque d'oxygène était similaire à un autre événement survenu il y a 94 millions d'années avec des conséquences biologiques.

Un seuil de réchauffement planétaire?

Le groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat a récemment publié un rapport spécial sur le réchauffement de la planète à 1,5 ° C, qui appelle à des mesures immédiates pour limiter les changements climatiques à des niveaux permettant de minimiser les tensions sur l'environnement et les écosystèmes. Les scientifiques s'accordent généralement pour dire que cela signifie éviter que les températures moyennes mondiales n'augmentent de plus de 1,5 degrés Celsius par rapport aux niveaux préindustriels.

Le rapport note que si les températures augmentent de 2 ° C au lieu de 1,5 ° C, les pertes en oxygène dans les océans seront considérablement plus importantes. Il est donc important de continuer à étudier les anciens effets de la perte en oxygène sur le registre d'extinction afin que les scientifiques puissent mieux prévoir les scénarios climatiques futurs. Il est également important d'identifier les zones qui seront le plus touchées par la perte en oxygène des océans et de limiter les effets environnementaux qui se produiront lorsque notre planète continuera à se réchauffer.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation par Jeremy D. Owens et Theodore R. Them II. Lisez l'article original ici.