Une carrière illustrant les bandes de calcaire stratifié provenant de l'ancien fond marin de ce qui est aujourd'hui le Mercato San Severino en Italie. Crédit : Mariano Remírez, George Mason University
Il y a environ 183 millions d'années, lors de l'événement anoxique océanique du Toarcien (T-OAE), des éruptions volcaniques dans ce qui est aujourd'hui l'Afrique du Sud ont libéré environ 20 500 gigatonnes de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère et les océans sur une période de 300 à 500 000 ans. Cet afflux important de CO2 a entraîné une grave diminution de l'oxygène dans les environnements marins, entraînant une extinction généralisée de la vie marine.
Depuis la révolution industrielle, l’activité humaine a déjà entraîné des émissions cumulées de CO2 représentant 12 % du total des émissions de CO2 pendant toute la durée de l’étude T-OAE, et ce en moins de 0,1 % du temps. L’étude T-OAE préfigure ce qui pourrait arriver à nos océans si les émissions de gaz à effet de serre continuent d’augmenter.
Analyse scientifique de la désoxygénation des océans
« On peut voir de nombreux fossiles dans les sédiments océaniques avant la T-OAE, puis ils disparaissent soudainement », explique François Tissot, professeur de géochimie et chercheur à l'Heritage Medical Research Institute de Caltech. Tissot est co-auteur d'une nouvelle étude, parue le 24 juin dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, décrivant l'étendue de l'anoxie océanique pendant la T-OAE.
Dirigée par des chercheurs de l'Université George Mason, l'équipe a collecté trente échantillons de calcaire stratifié de la région de Mercato San Severino, dans le sud de l'Italie, pour évaluer la gravité de la désoxygénation des océans pendant le T-OAE.
L'équipe a analysé les échantillons pour déterminer leur teneur en uranium et leur composition isotopique. Les isotopes sont des versions jumelles d'un élément avec un nombre différent de neutrons, et donc des masses très légèrement différentes. L'abondance relative des isotopes d'uranium dans l'océan dépend du degré d'anoxie. Cela signifie qu'en mesurant la composition isotopique de l'uranium dans l'océan, les scientifiques peuvent en déduire le degré d'anoxie dans l'océan. En l'absence d'échantillons réels d'eau de mer du passé, les scientifiques peuvent utiliser un substitut, comme les roches carbonatées, qui enregistrent fidèlement la composition de l'eau de mer.
Lorsque l’oxygène est abondant dans l’océan, l’uranium préfère rester sous sa forme soluble, dissous dans l’eau de mer. Mais lorsque l’oxygène dans l’eau se raréfie, l’uranium commence à précipiter hors de l’eau de mer et se dépose dans les sédiments du fond de l’océan. Ainsi, grâce à une modélisation minutieuse développée par Michael Kipp, ancien chercheur postdoctoral de Caltech, Tissot et ses collaborateurs, la quantité d’uranium dans les échantillons de fond marin peut indiquer le pourcentage d’oxygène dans l’océan au moment de l’observation de l’uranium dans l’océan.
Impact de l'anoxie sur les fonds marins
« En utilisant ce modèle, nous avons constaté que l’anoxie atteignait un pic de 28 à 38 fois celui de l’océan actuel », explique Tissot. « Aujourd’hui, seulement 0,2 % environ du fond océanique est recouvert de sédiments anoxiques, similaires à ceux que l’on trouve dans la mer Noire. À l’époque de l’événement T-OAE, il y a 183 millions d’années, 6 à 8 % du fond océanique était recouvert de sédiments anoxiques. »
Les résultats indiquent que les événements OAE passés peuvent préfigurer les effets des émissions anthropiques de CO2 sur les écosystèmes marins.
« Si nous ne réduisons pas les émissions de carbone et continuons sur une trajectoire croissante de CO2, nous pouvons clairement voir que cela aura de graves impacts négatifs sur l'écosystème océanique », déclare Tissot.
