Événements Climatiques Anciens: Maximum Thermique de l’Éocène Paléocène

Le Maximum Thermique du Paléocène-Éocène (PETM) à 56 millions d’années avant le présent est sans doute le meilleur analogue ancien du changement climatique moderne. Le PETM a impliqué plus de 5oC de réchauffement en 15-20 mille ans (en fait un peu plus lent que les taux de réchauffement au cours des 50 dernières années), alimenté par l’apport de plus de 2000 gigatonnes (un gigaton est un milliard de tonnes!) de carbone dans l’atmosphère. Le PETM a été associé à la plus grande extinction massive des grands fonds marins au cours des 93 derniers millions d’années et à une diversification remarquable de la vie dans les océans de surface et sur terre. En raison de son importance potentielle, les géologues ont essaimé pour étudier l’événement et c’est le sujet d’un grand intérêt, et plus qu’une petite controverse, depuis 25 ans. Pour cette raison, nous consacrons également une attention considérable à l’événement ici.

Preuves du réchauffement climatique au maximum thermique de l’Éocène du Paléocène à partir d’un noyau situé au large des côtes de l’Antarctique.

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L’extinction des foraminifères benthiques est illustrée par la flèche rouge. La diminution des valeurs des isotopes de l’oxygène indique le réchauffement de l’océan de surface (valeurs des isotopes foraminifères planctoniques) et de l’océan profond (valeurs des isotopes foraminifères benthiques). Les valeurs décroissantes des isotopes du carbone indiquent l’apport de gaz à effet de serre provenant de l’un ou l’autre des composés organiques (p. ex. réservoirs biologiques) ou volcaniques. Au cours des années 170k, les niveaux C ont augmenté, ont chuté mais pas au niveau précédent, O ont augmenté et sont retombés.

Crédit: ©Kennett &Stott (1991). Utilisé avec permission.

Les preuves du réchauffement proviennent de diverses sources, dont la plus convaincante est les isotopes de l’oxygène des forams planctoniques et benthiques dans les carottes des grands fonds marins. Ces données suggèrent un réchauffement significatif de 6 à 8 Oc des eaux de surface des océans à différentes latitudes, ainsi que des eaux profondes. Nous n’avons pas besoin d’entrer dans les détails ici, mais cela se convertit en 4-5 oC de la température moyenne de la Terre, ce qui est assez significatif. À titre de comparaison, le réchauffement climatique depuis la révolution industrielle est d’environ 1,2 oC. Aujourd’hui, le réchauffement est le résultat des activités humaines, mais seuls les primates très primitifs étaient présents à l’époque du PETM, et ils ne conduisaient pas de voitures (!), alors qu’est-ce qui a causé le réchauffement à l’époque?

Correspondant au décalage isotopique de l’oxygène est un changement important et négatif de 4 à 5 par mil des isotopes du carbone qui est utilisé pour définir l’étendue géologique de l’événement. L’excursion isotopique a été identifiée dans les sédiments déposés dans l’océan et ceux déposés dans les environnements terrestres tels que les lacs et les rivières. On l’appelle un pic d’or car il peut être corrélé à travers le monde et il marque un horizon temporel précis, en fait, l’excursion est maintenant la définition formelle de la frontière entre les époques Paléocène et Éocène. De plus, l’excursion dans les sédiments terrestres nous permet de corréler les changements qui se sont produits sur terre pendant le PETM avec ceux qui ont eu lieu dans l’océan. Voici à quoi ressemble le PETM dans le bassin de Big Horn dans le Wyoming.

Photographie du PETM dans le bassin de Big Horn, Wyoming. Ces roches ont été déposées par les rivières et sur les plaines inondables. Ils contiennent un registre fossile étonnant, y compris les primates et les feuilles précoces.

Crédit: © Peter Wilf. Utilisé avec permission.

La teneur en CO2 dans l’atmosphère a augmenté de 3 à 4 fois pendant le PETM. Qu’il provienne de voitures, d’usines ou de sources non humaines, le CO2 est un gaz à effet de serre et il provoque le réchauffement de l’atmosphère. En conséquence, les températures de surface des océans au plus fort de l’événement étaient extrêmement chaudes, en particulier sous les hautes latitudes. Au large des côtes de l’Antarctique, un endroit aujourd’hui proche du point de congélation, les océans étaient d’environ 20oC (68 oF) au sommet du PETM! Imaginez sauter dans l’océan depuis l’Antarctique aujourd’hui! Les températures de l’océan tropical étaient vraiment chaudes. Un article récent indique que les températures au large des côtes de l’Afrique de l’Ouest étaient de 36 o C, soit 97 dE! Maintenant, j’ai nagé à Miami en août et cela ressemble à une baignoire à 88 de, mais 97 De est pratiquement inhabitable! Le PETM a également été associé à des changements majeurs dans les propriétés de l’océan profond. Contrairement à aujourd’hui, lorsque les eaux profondes de l’océan sont caractérisées par des températures proches du point de congélation, les eaux profondes du PETM étaient de 10 à 15o C. Cela peut ne pas sembler si chaud, mais il ne fait aucun doute que cela a provoqué un changement fondamental dans le fonctionnement de la circulation dans l’océan. Le niveau de la mer était un peu plus élevé pendant le PETM, et les continents étaient dans des positions différentes comme indiqué sur la carte ci-dessous.

montrant la répartition des continents autour de l’océan Atlantique pendant le PETM. La carte montre que le niveau de la mer était plus élevé.

Crédit: © Chris Scotese. Utilisé avec permission.

Probablement, la cause de ces eaux profondes chaudes était qu’elles provenaient d’emplacements océaniques de surface différents de ceux d’aujourd’hui (voir le module 6 pour plus de détails sur les sources des eaux profondes modernes), combiné au réchauffement qui a eu lieu dans l’océan de surface. Comme les eaux plus chaudes contiennent moins d’oxygène que les eaux froides, les eaux profondes de PETM dans de nombreux endroits étaient probablement proches d’une condition connue sous le nom d’hypoxie (nous en apprendrons plus à ce sujet dans le module 6). Le mot hypoxie ne semble pas trop pénible mais imaginez une minute que vous êtes un poisson et que vous aviez besoin d’oxygène pour respirer. L’hypoxie aurait été vraiment horrible pour une telle créature! Enfin, l’entrée de tant de CO2 dans l’océan a rendu les eaux océaniques plus acides et a conduit à une condition connue sous le nom d’acidification des océans (désolé de continuer à avancer mais nous en apprendrons beaucoup plus à ce sujet dans le module 7!). L’acidification de l’océan profond pendant le PETM est bien acceptée et est observée par dissolution complète de toutes les coquilles de CaCO3 qui ont plu sur le fond marin. Pour les créatures qui ont besoin d’une coquille pour se protéger contre les prédateurs et pour protéger les parties cellulaires molles de l’océan rude, l’acidification aurait été désastreuse. En comparaison, l’océan peu profond a connu une diminution beaucoup plus mineure de son acidité et les créatures de shelly ont continué à y prospérer.