Le dioxyde de carbone régule le climat de la Terre depuis des centaines de millions d'années – nouvelle étude
Il y a environ 370 millions d’années, la Terre est progressivement entrée dans la période glaciaire la plus longue et probablement la plus intense jamais vue par une vie complexe : la période glaciaire du Paléozoïque supérieur. À son apogée, d’immenses calottes glaciaires continentales se sont étendues sur une grande partie du globe et le niveau de la mer a baissé de plus de 100 mètres. Au total, cette période glaciaire a duré environ 100 millions d'années.
La transition vers et hors de la période glaciaire du Paléozoïque supérieur a été l’une des plus grandes transitions climatiques de l’histoire de la Terre, un tournant dans l’évolution de la vie et de l’environnement. Il a façonné de manière significative les deux périodes qui ont constitué la fin du Paléozoïque.
Premièrement, cela a conduit à la création de « forêts de charbon » emblématiques remplies d’insectes géants au cours de la période carbonifère, pendant la période glaciaire. Cela a également ouvert la voie à l’essor des reptiles au cours de la période permienne qui a suivi.
Je dirige une équipe internationale de scientifiques qui viennent de publier des recherches démontrant, pour la première fois, que le dioxyde de carbone (CO₂) a joué un rôle central dans cette immense transition climatique.
La période glaciaire du Paléozoïque supérieur a longtemps été une énigme climatique. Les estimations du CO₂ atmosphérique pour cette période varient considérablement, et les différentes reconstructions de la température probable varient jusqu'à 20°C.
L'apparition de dépôts glaciaires au fil du temps a souvent été utilisée pour suivre la période glaciaire. Cependant, cette approche est biaisée par le caractère incomplet des données géologiques et n'a que des contraintes de temps lâches. En tentant de réconcilier les différentes pièces du puzzle, des paradoxes sont apparus, tels que des conditions de glace maximales coïncidant avec des niveaux élevés de CO₂.
Étroitement régulé par le carbone
Notre nouvelle étude fournit un enregistrement original de CO₂ sur 80 millions d’années qui suit le climat pendant la descente et l’émergence de la période glaciaire du Paléozoïque supérieur. Nous l'avons fait en examinant les coquilles fossilisées d'anciennes créatures ressemblant à des palourdes, connues sous le nom de brachiopodes. Ces coquilles stockent des empreintes chimiques telles que les isotopes du bore, qui nous permettent de calculer la quantité de CO₂ présente dans l'atmosphère lorsque les brachiopodes étaient vivants.
Ce type de reconstruction du CO₂ à partir du passé géologique profond de la Terre est entièrement nouveau. Surtout, la reconstruction a une chronologie cohérente qui nous permet de rassembler toutes les pièces du puzzle pour démontrer que le climat de la fin du Paléozoïque était étroitement régulé par le CO₂.
À quoi ressemblaient le climat du Paléozoïque supérieur et le CO₂ ? Notre reconstruction a montré que pendant une partie de cette ère, l'atmosphère terrestre contenait relativement peu de CO₂ (environ 330 parties par million ou ppm), atteignant des valeurs minimales d'environ 200 ppm il y a environ 298 millions d'années autour de la limite entre les périodes du Carbonifère et du Permien. Le faible CO₂ atmosphérique combiné à moins de chaleur provenant du soleil plus jeune aurait provoqué des conditions intenses de « glacière », avec des calottes glaciaires s'étendant jusqu'aux latitudes moyennes de la planète.
Notre reconstruction a également révélé une fin inattendue de la période des glacières. Les scientifiques pensaient auparavant que la période glaciaire du Paléozoïque supérieur avait progressivement diminué, mais nos découvertes ont montré qu'elle s'était terminée beaucoup plus tôt. Il y a environ 294 millions d’années, une activité volcanique à grande échelle a déclenché une augmentation rapide – du moins à l’échelle géologique – du CO₂ atmosphérique, et la Terre est devenue plus chaude et plus sèche.
Alors que les deux dernières décennies ont apporté de nombreux progrès dans la reconstruction du CO₂ à partir du passé plus récent de la Terre (en particulier les 60 derniers millions d'années où nous avons des sédiments des fonds marins), la reconstruction du CO₂ à partir des archives rocheuses a longtemps été considérée comme un défi. En tant que telle, notre étude repousse les limites de la reconstruction géologique du CO₂ atmosphérique et fournit une clé pour découvrir son histoire jusqu'au début des archives fossiles de la Terre.
Même si le CO₂ devrait jouer un rôle important, comme cela a été démontré au Paléozoïque supérieur, une connaissance précise des niveaux et des changements passés est fondamentale pour comprendre tous les aspects du système Terre. Il est essentiel de combler les lacunes restantes et d’affiner continuellement les données pour bien comprendre l’influence du CO₂ sur le climat et l’habitabilité de la Terre – passée, présente et future.
Hana Jurikova, chercheuse principale, École des sciences de la terre et de l'environnement, Université de St Andrews
