La mystérieuse extinction des dinosaures, il y a 65 millions d'années, est attribuée à l'impact d'une météorite ou à une énorme éruption volcanique en Inde. Dans un cas comme dans l'autre, les poussières émises et la variation chimique de l'atmosphère et des océans auraient créé une catastrophe écologique, responsable de l'éradication d'une grande partie des êtres vivant à la surface de notre planète. Des chercheurs¹ ont mis au point un modèle qui, sans rediscuter la cause de cette extinction, montre que la mise en place de grands épanchements volcaniques (les " trapps ") en Inde il y a 65 millions d'années² a conduit à des changements globaux du climat et de la chimie des océans.

Les trapps du Deccan se sont mis en place au nord-ouest de la partie péninsulaire de l'Inde, sur une partie du vieux socle précambrien indien constitué de granites et de gneiss. Le Deccan est l'une des provinces basaltiques les plus étendues à la surface de la planète.

Les conditions climatiques dépendent en partie de la quantité dans l'atmosphère de CO₂, gaz dont l'effet de serre est reconnu. De nombreux auteurs ont essayé de modéliser le cycle du CO₂ à travers les temps géologiques. Il ressort de ces études que, sur des durées de l'ordre du million d'années, le bilan du CO₂ est régi par une unique source, le volcanisme, et un seul "puits", l'altération continentale des silicates (voir encadré). Sur le long terme, un équilibre s'établit donc entre le dégazage des volcans et la consommation de CO₂ par l'altération.

Les basaltes sont, parmi les roches silicatées, celles qui s'altèrent le plus facilement. De ce fait, ils ont joué un rôle fondamental pour le contrôle de la teneur en gaz carbonique de l'atmosphère lors du dégazage intense qui a accompagné la mise en place, il y a 65 millions d'années, des trapps du Deccan en Inde. Le volume initial de ces trapps pourrait avoir atteint 3 x 106 km³. Or, les trapps actuels occupent un volume d'environ 106 km³. Les deux tiers des basaltes initiaux ont donc disparu en 65 millions d'années.

La Narmada est l'un des trois principaux fleuves qui drainent les basaltes du Deccan.

Pour expliquer ce phénomène, les chercheurs du LMTG et de l'IPGP ont déterminé une loi simple qui permet d'estimer la quantité de CO₂ consommée lors de l'altération des basaltes. Cette loi a été établie à partir de données obtenues sur les rivières drainant les trapps du Deccan et d'autres régions basaltiques. Deux paramètres sont fondamentaux : la quantité d'eau qui circule dans les sols et la température atmosphérique. Ces deux facteurs jouent dans le même sens car ils favorisent tous les deux la mise en solution des sols et des roches : plus ces paramètres sont élevés, plus l'altération est importante.

Les chercheurs ont également rassemblé des données bibliographiques. Ainsi la quantité de CO₂ dégazée dans l'atmosphère durant la mise en place des trapps est estimée à 1,6 x 10¹⁸ moles, soit environ la moitié de ce qui est contenu sous forme dissoute dans l'océan à l'heure actuelle. Quant à la durée de cet événement, elle est évaluée à moins d'un million d'années par de nombreux auteurs. À partir de toutes ces estimations, les chercheurs du LTMG ont modélisé les évolutions climatiques qui se sont produites à l'époque de la mise en place des trapps du Deccan.

La modélisation montre que l'augmentation de CO₂ dans l'atmosphère a été très importante (1050 ppmv, soit 3 fois la teneur actuelle³) et s'est accompagnée d'un rapide réchauffement de la Terre (+ 4 °C). Grâce à l'efficacité du phénomène d'altération continentale, il a fallu seulement 1,5 millions d'années pour résorber l'excès de CO₂ émis dans l'atmosphère, avec pour conséquence une baisse de température de 4,55 °C, soit un refroidissement global de 0,55 °C.

Cette modélisation a permis de détecter des variations des cycles géochimiques du carbone et du strontium au sein de l'océan. Le modèle prédit un arrêt, lié à une forte acidification de l'eau de mer par le CO₂, de la sédimentation des carbonates marins pendant une période de 20 000 ans après la mise en place des trapps. Cet arrêt prévu par le modèle est également observé dans les carbonates marins à la limite Crétacé/Tertiaire. Le modèle prévoit également un pic du rapport isotopique de strontium (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) d'une durée de 4 millions d'années dans l'eau de mer à la suite de la mise en place des trapps (voir figure ci-dessus). Pendant les périodes où l'altération continentale est forte, le flux des rivières, avec un rapport isotopique haut, est prédominant comparé au flux hydrothermal dont le rapport isotopique est faible. D'où un pic du rapport isotopique de l'eau de mer, résultant d'un mélange des deux flux.

Le modèle indique que de grands épanchements volcaniques conduisent à des changements globaux du climat et de la chimie des océans. Bien que cette étude ne permette pas d'expliquer la disparition des dinosaures, elle permet d'affirmer que, quelle que soit la cause de cette extinction, la mise en place des trapps du Deccan a largement amplifié le phénomène.

Référence :

C. Dessert, B. Dupré, L. M. François, J. Schott, J. Gaillardet, G. Chakrapani and S. Bajpai. (2001) Erosion of Deccan Traps determined by river [Image] geochemistry. Impact on global climate and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of seawater. Earth Planet. Sci. Lett. 188, pp. 459-474.

Les silicates, seules pompes à CO2

Au cours de l'altération des continents, le CO2 gazeux passe en solution et donne de l'acide carbonique (H2CO3) qui contribue à la dissolution des minéraux et à la formation d'ions bicarbonates (HCO3-). Ces ions se retrouvent exportés par les rivières vers les océans où, à saturation, ils participent à la précipitation de carbonates (CaCO3). Or, durant la réaction de précipitation, seule une mole* de bicarbonate sur les deux consommées précipite réellement, la seconde étant relarguée dans l'atmosphère sous forme de CO2. Lors de l'altération des minéraux silicatés, la totalité des ions bicarbonates provient de l'atmosphère, ce qui représente au final (après précipitation) une consommation d'une mole de bicarbonate ou de CO2 atmosphérique. En revanche, lors de l'altération des minéraux carbonatés, seule la moitié des ions bicarbonates provient du CO2 atmosphérique, l'autre moitié provenant directement de la roche. Dans ce cas, le bilan final de consommation est nul puisque les moles de CO2 consommées lors de l'altération repartent dans l'atmosphère au moment de la précipitation des carbonates au fond des océans. Par conséquent, sur l'échelle du million d'années, seule l'altération des silicates consomme réellement du CO2 atmosphérique. * Mole : unité permettant de mesurer la quantité de matière et correspondant à 6,02 x 1023 entités élémentaires (atomes, molécules, ions, etc.).

¹ Laboratoire de mécanismes de transfert en géologie (LMTG, CNRS-Université Toulouse 3) en collaboration avec l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP) et le Laboratoire de physique atmosphérique et planétaire de l'Université de Liège (LPAP).

² Cette période correspond géologiquement à la limite Crétacé/Tertiaire.

³ ppmv : unité scientifique internationale qui caractérise la concentration volumique d'un gaz.
1 ppmv = 10^-3 cm³/dm³ (teneur du gaz considéré dispersé dans un volume d'un litre de gaz).