Une équipe internationale réunissant des chercheuses et chercheurs de la University of Western Australia, de l’Université d’Ottawa et de plusieurs autres établissements partenaires spécialisés en géosciences a identifié des preuves géologiques directes reliant de brusques pics de phosphore dans les océans à des perturbations environnementales associées à deux des plus grandes extinctions massives de l’histoire de la vie sur Terre. Cette nouvelle étude fournit les premières preuves géochimiques directes d’un mécanisme longtemps proposé, mais jamais mesuré jusqu’ici.
Des extinctions vieilles de 400 millions d’années
L’extinction massive de la fin de l’Ordovicien supérieur (il y a environ 445 millions d’années) et l’extinction massive de la fin du Dévonien (il y a environ 372 millions d’années) ont entraîné la disparition d’environ 85 % et 80 % des espèces marines, respectivement. Les scientifiques soupçonnaient depuis longtemps que des apports de phosphore dans les océans anciens avaient pu déclencher des épisodes d’anoxie, c’est-à-dire une dangereuse diminution de l’oxygène dans l’eau marine, contribuant ainsi à des effondrements biologiques en chaîne. Jusqu’à maintenant, cette hypothèse ne reposait sur aucune preuve géochimique directe.
« L’île d’Anticosti, située dans le golfe du Saint-Laurent, au Canada, est l’un des rares endroits au monde où les roches carbonatées de la fin de l’Ordovicien sont aussi bien préservées et accessibles, indique André Desrochers, professeur auxiliaire au Département des sciences de la Terre et de l’environnement de l’Université d’Ottawa. Les affleurements rocheux d’île nous offrent des archives sédimentaires d’une précision exceptionnelle pour reconstituer les conditions océaniques de l’Ordovicien. »
Un nouvel outil géochimique lève le voile sur la chimie des océans anciens
L’équipe a appliqué une nouvelle méthode innovante fondée sur l’analyse du phosphate associé aux carbonates (CAP) à des échantillons de roches prélevées dans sept sites répartis à l’échelle mondiale, dont l’île d’Anticosti, au Québec, afin de mesurer directement les fluctuations des concentrations de phosphore dans l’eau de mer ancienne. Les résultats révèlent de brefs pics de phosphore, intenses et synchrones à l’échelle mondiale, survenus à des moments critiques des deux extinctions massives.
« Ce qui est impressionnant, c’est la cohérence mondiale de ces signaux, explique le professeur Desrochers. Des roches formées sur différents continents, dans des environnements marins très variés, racontent toutes la même histoire, au même moment. »
« Des roches formées sur différents continents, dans des environnements marins très variés, racontent toutes la même histoire, au même moment »
André Desrochers
— Professeur auxiliaire au Département des sciences de la Terre et de l’environnement
Leçons du passé lointain
Selon le modèle proposé par l’équipe de recherche, ces apports de phosphore auraient stimulé la productivité biologique dans les océans, provoquant une forte consommation d’oxygène, l’expansion de l’anoxie océanique et un refroidissement planétaire lié de l’enfouissement du carbone - une chaîne d’événements aux conséquences majeures pour la biodiversité marine.
L’étude indique aussi que le phosphore n’agissait pas seul : le refroidissement climatique et les variations du niveau de la mer ont aussi contribué aux crises, surtout lors du premier épisode de l’extinction massive de la fin de l’Ordovicien.
« Cette étude nous rappelle que les perturbations des cycles des nutriments peuvent avoir des conséquences dévastatrices pour les écosystèmes marins, conclut le professeur Desrochers. Dans un contexte d’accélération des changements climatiques et d’augmentation des apports de nutriments d’origine agricole vers les océans, les leçons du passé lointain sont plus pertinentes que jamais. »
Même si les forçages climatiques actuels diffèrent de ceux de ces anciens épisodes de refroidissement, l’équipe de recherche estime qu’une meilleure compréhension de ces mécanismes anciens pourrait aider à anticiper les risques liés aux apports anthropiques de nutriments dans les océans actuels.
L’étude, intitulée « Recurring marine phosphorus spikes during major palaeozoic mass extinctions and climate change », est parue dans Nature Communications. Elle a été menée par une équipe multidisciplinaire composée de Matthew S. Dodd, Chao Li, Zihu Zhang, Aleksey Y. Sadekov, André Desrochers, Olle Hints, Detian Yan, Xiangrong Yang, Annette D. George, Maya Elrick, David White, Wenkun Qie, Bo Chen, Andrew S. Merdith et Benjamin J. W. Mills.