Une équipe de recherche de l'Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing de l'Académie chinoise des sciences (NIGPAS), ainsi que des collaborateurs, ont découvert que les variations orbitales à long terme se produisant sur des échelles de temps de plusieurs millions d'années pourraient avoir servi de « stimulateur cardiaque » pour les anciennes impulsions d'oxygénation de la Terre. Leurs conclusions ont été récemment publiées dans Lettres de recherche géophysique.
L'explosion cambrienne constitue l'un des jalons de l'histoire de l'évolution de la Terre, une période au cours de laquelle presque tous les phylums animaux modernes ont émergé rapidement. Les preuves fossiles et géochimiques montrent que la diversification des premiers animaux du Cambrien s'est déroulée en plusieurs impulsions évolutives, associées à des fluctuations synchrones des isotopes du carbone inorganique de l'eau de mer et du sulfate de soufre.
Ces variations sont largement interprétées comme des marqueurs d’événements périodiques d’oxygénation dans l’atmosphère et les océans peu profonds. Cependant, la force motrice derrière ces impulsions rythmiques d’oxygène est restée longtemps floue.
Pour combler ce manque de connaissances, l’équipe a lancé une étude en 2019 sur les successions carbonatées bien préservées du début du Cambrien de la plate-forme sud-est sibérienne. Leur analyse a révélé qu’il y a environ 524 à 514 millions d’années (début du Cambrien), la diversité des animaux marins fluctuait périodiquement tous les 2 à 3 millions d’années, ce qui correspondait aux changements dans les isotopes du carbone et du soufre de l’eau de mer.
L’équipe a proposé que les changements cycliques dans l’enfouissement mondial du carbone organique et de la pyrite entraînaient des variations périodiques des niveaux d’oxygène dans l’atmosphère et les environnements marins peu profonds, façonnant à leur tour la dynamique évolutive des premiers animaux marins.
S'appuyant sur ces travaux, les dernières recherches de l'équipe suggèrent en outre que ces oscillations environnementales à l'échelle d'un million d'années ont probablement été déclenchées par des variations orbitales sur de longues périodes. Les changements dans la configuration orbitale de la Terre ont modifié la répartition du rayonnement solaire selon les latitudes, entraînant des changements climatiques périodiques.
Ces changements climatiques, note l'équipe, ont probablement régulé l'intensité de l'altération continentale et le flux de nutriments essentiels, tels que le phosphore, dans les océans. L’apport cyclique de ces nutriments aurait stimulé la photosynthèse marine et augmenté l’enfouissement du carbone organique, entraînant finalement une augmentation périodique des niveaux d’oxygène atmosphérique et océanique.
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont effectué des analyses spectrales d’enregistrements isotopiques carbone-soufre du début du Cambrien précédemment publiés. Les résultats ont révélé des cycles de longue période de 1,2, 2,6 et 4,5 millions d’années, correspondant aux fréquences des cycles orbitaux à long terme connus.
En intégrant pour la première fois le forçage climatique piloté par l’orbite dans le modèle de boîte du système terrestre SCION, les chercheurs ont réussi à reproduire les variations périodiques synchrones observées dans les isotopes du carbone et du soufre de l’eau de mer. Ce résultat confirme la plausibilité d’un mécanisme d’oxygénation forcée orbitalement.
De plus, des expériences de sensibilité des modèles ont montré que la faible concentration de sulfates dans les océans du Cambrien précoce rendait le système terrestre inhabituellement instable, amplifiant la réponse des cycles biogéochimiques couplés carbone-soufre-oxygène aux apports de nutriments modulés orbitalement.
Cette découverte offre de nouvelles informations sur le moment de l’explosion cambrienne et fournit un cadre plus large pour comprendre les cycles à long terme du carbone, du soufre et de l’oxygène dans d’autres époques géologiques.
