Quantification des conditions climatiques pour la formation des charbons et des évaporites

Les charbons ont été formés à l’origine à partir de plantes nécessitant beaucoup d’eau ou de précipitations. Ainsi, les régions à charbon étaient humides et chaudes. En revanche, les évaporites se sont formées dans les régions arides et chaudes où l’évaporation est forte. Par conséquent, les charbons et les évaporites sont couramment utilisés comme indicateurs qualitatifs des conditions climatiques humides et sèches, respectivement, dans les études climatiques en temps profond. Cependant, les relations quantitatives des charbons et des évaporites avec la température et les précipitations n’ont jamais été établies.

Dans une étude publiée dans Examen scientifique national et dirigé par le professeur Yongyun Hu (Département des sciences atmosphériques et océaniques, École de physique, Université de Pékin, Chine), les auteurs ont combiné les enregistrements géologiques des enregistrements géologiques avec des simulations climatiques et ont établi des relations quantitatives des charbons et des évaporites avec la température et les précipitations pendant le Phanérozoïque.

Ils ont montré que les charbons se trouvaient principalement dans la région équatoriale à la fin du Paléozoïque. En effet, les ptéridophytes étaient les plantes dominantes du Paléozoïque, qui avaient une capacité de transport d’eau plutôt faible et préféraient pousser sous les tropiques où le climat était chaud et humide. Ainsi, les charbons se sont principalement formés sous les tropiques à la fin du Paléozoïque, et la température et les précipitations moyennes annuelles médianes associées sont respectivement de 25°C et 1300 mm.

Au Mésozoïque, les gymnospermes sont devenus dominants. Les systèmes internes de transport de l’eau des gymnospermes – le xylème secondaire avaient été développés, de sorte qu’ils étaient plus adaptables à des conditions plus sèches et plus fraîches que les ptéridophytes. Au fur et à mesure que les continents se déplaçaient dans l’hémisphère nord, les plantes se sont propagées dans la zone tempérée pluvieuse aux latitudes plus élevées de l’hémisphère nord. Ainsi, les charbons ont commencé à se former autour de 50°N au Mésozoïque, avec une température et des précipitations moyennes annuelles médianes de 10°C et 900 mm, respectivement.

Dans le même temps, les champignons de la pourriture blanche, les microbes mangeurs de lignine, ont provoqué la décomposition rapide de la lignine. En conséquence, il y avait des charbons rares dans les tropiques du Mésozoïque.

Le climat s’est systématiquement refroidi au Cénozoïque et les précipitations ont également diminué. Au cours de cette période, les angiospermes sont devenus dominants, qui s’adaptent au climat plus frais et plus sec du Cénozoïque. Par conséquent, les localités de charbons et associées à la température et aux précipitations sont similaires à celles du Mésozoïque.

Les évaporites se sont toujours formées dans les zones sèches subtropicales des hémisphères nord et sud du Phanérozoïque. Avant le début du Carbonifère, presque tous les évaporites se sont formés dans les régions subtropicales du sud car peu de masse continentale est située dans l’hémisphère nord. La présence d’évaporites s’est déplacée vers les régions subtropicales du nord depuis la fin du Paléozoïque en raison du mouvement vers le nord du supercontinent Pangée. La température médiane annuelle et les précipitations associées sont respectivement de 27 °C et 800 mm.

Les résultats les plus remarquables de l’étude sont que les précipitations nettes (précipitations-évaporation) associées aux charbons et aux évaporites sont restées presque constantes dans le temps, malgré des changements radicaux du climat mondial pendant les intervalles de serre et de glacière du Phanérozoïque. La valeur médiane des précipitations nettes pour les enregistrements de charbon était de 300 mm an-1 et pour les enregistrements d’évaporite, de 100 mm an-1. Cela indique que les processus physiques et chimiques responsables des formations de charbon et d’évaporites sont invariants dans le temps.

L’établissement de ces relations quantitatives peut également être utilisé pour « prédire » les localités des charbons et des évaporites au Phanérozoïque. Plus de 80% des enregistrements de charbon et d’évaporites sont prédits avec succès. Les résultats ont également des implications importantes pour quantifier les conditions climatiques pour d’autres indicateurs lithologiques du climat et pour prédire les gisements de minerai exogènes.