L’anoxie marine se caractérise par un manque sévère d’oxygène dissous dans les océans, ce qui les rend toxiques et a ainsi des effets dévastateurs sur les organismes qui les habitent. L’un de ces événements, connu sous le nom d’événement anoxique océanique 2 (OAE2), s’est produit il y a environ 93,5 millions d’années à travers la limite Cénomanien-Turonien du Crétacé supérieur et a duré jusqu’à 700 000 ans.
Dans de tels scénarios, la matière organique est enfouie à un rythme élevé, produisant des couches distinctes de schiste noir dans les archives géologiques, qui sont appauvries en carbone 13 isotopiquement plus lourd, générant ainsi une excursion isotopique positive du carbone d’environ 6‰ pour cette étude. période.
Les facteurs spécifiques déclenchant l’OAE2 sont encore débattus, mais le plus largement soutenu est le volcanisme de la Grande Province ignée des Caraïbes et de la Grande Province ignée de l’Extrême-Arctique, qui augmente le dioxyde de carbone atmosphérique et réchauffe donc la planète.
Parmi les nombreux impacts d’une planète plus chaude, citons l’altération accrue des terres, les processus fluviaux transportant ces matières vers les océans, fournissant ainsi des nutriments essentiels aux producteurs primaires de la surface des océans. Une productivité primaire accrue produit plus d’oxygène, mais les chaînes alimentaires trophiques consomment finalement davantage de cet oxygène dans leurs processus métaboliques.
Ce phénomène, combiné à une diminution de la solubilité de l’oxygène dans les océans plus chauds, entraîne une désoxygénation généralisée du domaine marin de la Terre, au centre d’une nouvelle recherche publiée dans Climats du passé.
Le Dr Mohd Al Farid Abraham, de l’Universiti Malaysia Sabah, Malaisie, et ses collègues se sont tournés vers les sédiments des grands fonds forés lors d’une expédition exploratoire de Demerara Rise, dans l’océan Atlantique Nord équatorial, qui, au Cénomanien, était situé à une latitude d’environ 5°N. .
Révélant l’importance de ces travaux, le Dr Abraham a déclaré : « Nos recherches explorent les secrets des océans anciens, en particulier une période il y a 93,5 millions d’années, où une grande partie de l’océan était dépourvue d’oxygène. En étudiant les empreintes chimiques naturelles préservées dans les sédiments marins, nous découvrons comment les activités volcaniques et le réchauffement climatique dans le passé ont conduit à une désoxygénation drastique des océans. Comprendre cela en profondeur est crucial, car ils reflètent les défis auxquels nous sommes confrontés aujourd’hui avec la crise climatique actuelle, nous aidant à prévoir et à atténuer les conséquences futures.
En prélevant des échantillons de matière organique à partir des carottes forées, l’équipe de recherche a isolé des composés d’origine biologique stables sur des périodes géologiques de plusieurs millions d’années, appelés biomarqueurs. Le Dr Abraham explique que les biomarqueurs sont connus sous le nom de « fossiles moléculaires », ajoutant : « Les biomarqueurs sont des composés chimiques présents dans les roches sédimentaires provenant d’organismes vivants il y a des millions d’années. Considérez-les comme des fossiles moléculaires qui, contrairement aux os ou aux coquilles, ne sont pas facilement visibles à l’œil nu. Ces composés, qui faisaient autrefois partie des organismes vivants, sont restés chimiquement stables sur de vastes échelles de temps géologiques.
« Nous les extrayons soigneusement en utilisant une série de procédures chimiques et une technique connue sous le nom de chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse en laboratoire pour isoler ces composés des sédiments forés et éviter toute contamination.
« L’analyse de ces biomarqueurs nous aide à reconstruire les conditions environnementales passées, telles que la température et les niveaux d’oxygène dans les océans, mais relier leur présence à des conditions environnementales historiques spécifiques nécessite un travail de laboratoire méticuleux et une compréhension approfondie des processus géochimiques. »
Les scientifiques ont constaté que le pourcentage de la teneur totale en carbone organique des échantillons a augmenté au cours de la période d’étude (3,8 millions d’années), culminant à environ 28 % en poids à l’OAE2, par rapport aux niveaux initiaux de 1 à 17 % en poids. Cela s’est produit parallèlement à une augmentation d’environ 5 à 8 °C de la température de la surface de la mer, jusqu’à environ 43 °C.
Les biomarqueurs clés du 28,30-dinorhopane et du lycopane sont révélateurs de ce réchauffement et de cette diminution de l’oxygène, formant une zone minimale d’oxygène au Cénomanien, similaire à celles observées aujourd’hui dans la mer Noire. Ces données sont associées à une réduction notable de l’abondance des foraminifères benthiques (micro-organismes unicellulaires vivant au fond des océans) à la fin du Cénomanien, car ils n’étaient pas capables de survivre dans un environnement pauvre en oxygène.
Ces couches persistantes pauvres en oxygène augmentent en nombre et en taille avec le réchauffement accru des océans, formant une zone épaisse en profondeur sous une fine couche superficielle très productive et riche en oxygène. Les biomarqueurs du thiophène hopanoïde C35 et de l’isorénieratane révèlent cette euxinia de colonne d’eau (à la fois anoxique et sulfurée) élargie pour finalement atteindre la zone photique de surface à travers la limite Cénomanien-Turonien à OAE2.
Le mouvement des masses d’eau, comme celui de la mer de Téthys qui déplace les eaux chaudes et salées du fond de Demerara, a probablement joué un rôle dans la répartition de conditions riches en nutriments mais pauvres en oxygène à travers le bassin océanique. Des recherches antérieures ont suggéré qu’il y a environ 93 millions d’années, jusqu’à 50 % des océans de la Terre étaient anoxiques au cours de l’OAE2, ce processus commençant potentiellement environ 2 millions d’années plus tôt lors de l’événement du Cénomanien moyen.
Finalement, cet événement anoxique océanique a pris fin, un arrêt que le Dr Abraham et ses collègues attribuent à l’épuisement des réserves de nutriments dans les eaux de surface, ce qui a conduit à un effondrement de la productivité primaire. De plus, la résiliation pourrait avoir été influencée par des changements dans la paléogéographie de la porte d’entrée équatoriale de l’Atlantique. Cette porte d’entrée, apparue entre ce qui est aujourd’hui le nord-est de l’Amérique du Sud et l’Afrique de l’Ouest, a modifié la circulation océanique dans l’Atlantique Nord, l’empêchant ainsi de devenir un piège à nutriments susceptible de soutenir la productivité primaire.
En envisageant l’avenir des océans de la Terre avec l’expansion des zones minimales d’oxygène, le Dr Abraham déclare : « Dans le monde d’aujourd’hui, les conditions océaniques sont généralement hypoxiques mais n’ont pas encore atteint des niveaux anoxiques dans les océans ouverts. Cependant, les bassins ou les mers fermés sont plus dangereux. susceptibles de devenir anoxiques.
« Avec le réchauffement climatique en cours, il est prévu que les zones minimales d’oxygène s’étendront à la fois horizontalement et verticalement. Les eaux plus chaudes contiennent moins d’oxygène et l’augmentation des températures de surface peut conduire à une plus forte stratification des couches océaniques, réduisant ainsi le mélange qui reconstitue normalement l’oxygène dans les eaux plus profondes. .
« De plus, le réchauffement climatique peut accroître l’activité biologique dans les eaux de surface, ce qui entraînerait une plus grande quantité de matière organique s’enfonçant dans les profondeurs, où elle consommerait de l’oxygène en se décomposant, un processus évident lors de l’OAE2.
« Aujourd’hui, les zones de minimum d’oxygène se trouvent principalement dans les océans Pacifique et Indien, avec des conditions qui rendent la vie difficile à de nombreuses espèces marines. Avec la tendance actuelle au réchauffement climatique, ces zones devraient s’étendre, réduisant l’espace marin habitable et affectant négativement la biodiversité marine. et la pêche.
« D’ici la fin de ce siècle, si la trajectoire actuelle de réchauffement et de ruissellement de nutriments se poursuit, nous pourrions assister à une augmentation significative des conditions anoxiques et euxiniques dans nos océans, menaçant les écosystèmes marins et les services qu’ils fournissent à l’humanité. »
Comprendre le rôle que les océans plus chauds peuvent jouer dans le cycle de l’oxygène et des nutriments dans la colonne d’eau est crucial, d’autant plus que les océans de la Terre entrent dans un avenir incertain en raison du changement climatique en cours. Les anciens épisodes d’anoxie marine (comme l’OAE2) nous renseignent sur l’histoire de la Terre et nous rappellent à quel point il est vital de prendre soin de nos océans. Alors que nous sommes confrontés à de nouveaux défis liés au climat, un retour sur ces événements passés peut nous aider à prendre de meilleures décisions pour l’avenir de notre planète.
« Il est à la fois fascinant et alarmant de voir à quel point l’histoire résonne dans notre crise environnementale actuelle », déclare le Dr Abraham.
« Les océans anciens racontent une histoire de résilience et de renaissance, mais offrent également un avertissement. L’événement OAE2, bien que se déroulant sur des millions d’années, nous montre l’impact profond que les changements dans l’atmosphère peuvent avoir sur la vie marine. propres défis climatiques, il est plus important que jamais de tenir compte de ces leçons du passé. Nos recherches ne visent pas seulement à comprendre l’histoire ; elles constituent une partie cruciale du puzzle pour sauvegarder l’avenir des océans de notre planète.
Plus d’information:
Mohd Al Farid Abraham et al, Le réchauffement a conduit à l’expansion de l’anoxie marine dans l’Atlantique équatorial au cours du Cénomanien menant à l’événement anoxique océanique 2, Climat du passé (2023). DOI : 10.5194/cp-19-2569-2023
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