Une nouvelle étude approfondit la compréhension des changements actuels dans les systèmes environnementaux de la Terre

La recherche scientifique des dernières décennies a confirmé que des changements majeurs dans le cycle global du carbone ont provoqué des changements importants dans l’atmosphère terrestre et les océans il y a 135 millions d’années, au début du Crétacé. Une série de questions demeurent sur les détails de la dynamique du changement climatique à cette époque. Cette nouvelle recherche, impliquant des analyses chimiques et radioactives de grande envergure des strates rocheuses de la formation de Cedar Mountain dans l’Utah, aide à combler ce manque de connaissances en confirmant que de tels changements du cycle du carbone ont été enregistrés sur terre dans l’ancienne Amérique du Nord.

Le cycle du carbone est l’un des phénomènes environnementaux fondamentaux de la Terre, impliquant le transfert continu de carbone entre l’atmosphère, les océans et les organismes vivants, ainsi que les sols, les sédiments et les roches de la Terre solide. Le cycle est crucial pour les processus biologiques des êtres vivants sur terre et sur mer. Lorsque des changements à grande échelle dans le cycle se produisent, ils peuvent produire des changements majeurs dans le climat et les conditions biologiques des océans.

“Nous étudions comment le cycle mondial du carbone a fonctionné dans le passé, comment les changements sont enregistrés dans les roches sédimentaires du monde entier”, a déclaré Joeckel, professeur à l’École des ressources naturelles du Nebraska. Les phénomènes environnementaux que lui et ses collègues ont analysés “sont exactement le genre de choses dont nous parlons aujourd’hui, alors que les gens augmentent l’apport de dioxyde de carbone dans l’atmosphère à un rythme très accéléré en brûlant des combustibles fossiles”.

Joeckel, le géologue de l’État du Nebraska, a dirigé le travail de terrain dans l’Utah et organisé l’étude, publiée sous la forme d’un article évalué par des pairs dans un numéro spécial de février de la revue Géosciences.

Au cours des deux dernières décennies, Joeckel et plusieurs collègues ont étudié une gamme d’aspects géologiques de la formation Cedar Mountain du sud-est de l’Utah, connue pour ses fossiles de dinosaures exceptionnels. La pente raide de 150 pieds où les scientifiques ont mené leurs récentes recherches sur le cycle du carbone est connue sous le nom d’Utahraptor Ridge, du nom de la découverte de rapaces, les féroces prédateurs bipèdes familiers aux cinéphiles à travers les films de Jurassic Park.

Pour déterminer si des changements du cycle du carbone se sont produits, les scientifiques analysent les quantités infimes de carbone organique contenues dans les roches pour détecter des changements majeurs dans deux isotopes du carbone. Les cycles du carbone sont évidents si les scientifiques constatent que des augmentations et des diminutions significatives des rapports isotopiques se sont produites au fil du temps. Joeckel et ses collègues ont trouvé des preuves de deux pics distincts dans une courbe représentant les changements d’un rapport isotopique clé au début du Crétacé. Cette découverte indique que le site de l’Utah, bien que sur terre, a connu le même changement majeur du cycle du carbone enregistré dans les roches sédimentaires marines en Europe.

De nombreux géologues appellent cet ancien phénomène du cycle du carbone “l’événement de Weissert”, qui a été provoqué par de grandes éruptions volcaniques soutenues dans l’hémisphère sud. Ces éruptions ont considérablement augmenté les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, produisant des effets climatiques à effet de serre importants sur une période prolongée.

Une incertitude centrale était de savoir si les changements du cycle du carbone enregistrés dans les sédiments des anciens océans étaient également enregistrés par les sédiments terrestres. Les travaux de Joeckel et de ses collègues suggèrent fortement que cela s’est produit.

L’analyse des échantillons de l’Utah pour ces changements d’isotopes de carbone était une entreprise scientifique difficile, a déclaré Joeckel, directeur de la division de la conservation et de l’enquête de l’État du Nebraska, qui mène un large éventail de recherches géologiques, géographiques, sur l’eau et le sol dans l’État et au-delà.

“Nous parlons d’une infime quantité de carbone organique qui doit être très laborieusement isolée à partir d’échantillons de roche sédimentaire de la taille d’un poing”, a-t-il déclaré. Un travail aussi complexe, c’est « comme devoir parcourir à la main toute une pile d’annuaires téléphoniques juste pour arriver au point où vous pouvez générer des nombres, et vous devez en générer beaucoup. Il y a beaucoup de travail acharné dans le laboratoire qui doit être fait.”

Pour dater avec précision les changements du cycle du carbone, les scientifiques ont également analysé des cristaux microscopiques du minéral zircon. Ces cristaux “sont importants car ils sont un moyen de mettre une date d’âge sur les rochers”, a déclaré Joeckel. Les cristaux de zircon produits volcaniquement sont “des trésors d’informations presque indestructibles qui se répandent partout” après une éruption.

Les coauteurs de Joeckel sur l’article sont Celina Suarez et Garrett Hatzell de l’Université de l’Arkansas ; Noah McLean, Andreas Möller, Marina Suarez et Joseph Andrew de l’Université du Kansas ; Gregory Ludvigson et Spencer Kiessling du Kansas Geological Survey; et James Kirkland de l’Utah Geological Survey.

Le projet, a déclaré Joeckel, illustre comment la géologie en tant que discipline continue de révéler de nouvelles perspectives.

“D’une certaine manière, le passé peut être la clé du présent, plutôt que l’inverse, comme le postulent traditionnellement les géologues”, a-t-il déclaré. “Mieux nous comprenons l’ancien cycle du carbone et l’ancien changement global, plus nous pouvons comprendre ce qui se passe aujourd’hui.”