L’arrivée des plantes terrestres il y a 400 millions d’années a changé le système de contrôle climatique de la Terre

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UCL (University College London) et de Yale, montre que l’arrivée des plantes sur Terre il y a environ 400 millions d’années a changé la façon dont la Terre régule naturellement son climat.

Le cycle du carbone, le processus par lequel le carbone se déplace entre les roches, les océans, les êtres vivants et l’atmosphère, agit comme le thermostat naturel de la Terre, régulant sa température sur de longues périodes de temps.

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue natureDans l’étude, les chercheurs ont examiné des échantillons de roches couvrant les trois derniers milliards d’années et ont trouvé des preuves d’un changement radical dans la façon dont ce cycle fonctionnait il y a environ 400 millions d’années, lorsque les plantes ont commencé à coloniser la Terre.

Plus précisément, les chercheurs ont observé un changement dans la chimie de l’eau de mer enregistrée dans la roche, indiquant un changement significatif dans la composition globale de la boue – la « usine à boue » – des océans vers la terre.

Échantillonnage des sédiments ordoviciens (qui ont 450 millions d’années) par le premier auteur Boriana Kalderon-Asael. Crédit : Ashley Hood

Étant donné que la boue formée dans l’océan (altération inverse) libère du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, tandis que la boue sur terre est un sous-produit de l’altération chimique qui élimine le dioxyde de carbone de l’air, cela réduit la quantité de carbone dans l’atmosphère, entraînant une température plus froide. planète et un climat oscillant, avec une alternance de périodes glaciaires et de périodes plus chaudes.

Les chercheurs ont suggéré que le changement était causé par la propagation de plantes terrestres qui maintiennent le sol et la boue sur terre, l’arrêt de la dérive du carbone dans l’océan et la croissance de la vie marine utilisant du silicium pour leurs squelettes et leurs parois cellulaires, comme les éponges, en dehors. des algues cellulaires et radioactives (un groupe de protozoaires), ce qui entraîne une diminution du silicium dans l’eau de mer nécessaire à la formation de boue.

L’auteur principal, le Dr Philipp Pugh von Strandmann (UCL Earth Sciences) a déclaré : « Notre étude indique que le cycle du carbone fonctionne de manière très différente pendant la majeure partie de l’histoire de la Terre par rapport à aujourd’hui.

« La transformation, qui s’est produite progressivement il y a 400 à 500 millions d’années, semble être liée à deux innovations biologiques majeures de l’époque : la propagation des plantes sur terre et la croissance d’organismes marins qui extraient le silicium de l’eau pour créer leurs squelettes et parois cellulaires.

Avant ce changement, le dioxyde de carbone atmosphérique restait élevé, stabilisant le réchauffement climatique mondial. Depuis lors, notre climat a rebondi entre les périodes glaciaires et les périodes plus chaudes. Ce type de changement favorise l’évolution et au cours de cette période, l’évolution de la vie complexe s’est accélérée, avec la formation d’animaux terrestres pour la première fois.

« Une atmosphère moins riche en carbone est également plus sensible au changement, permettant aux humains d’influencer plus facilement le climat en brûlant des combustibles fossiles. »

Le premier auteur, Boriana Calderon Asyl, doctorante à l’Université de Yale, a déclaré : « En mesurant les isotopes du lithium dans les roches qui couvrent la majeure partie de l’histoire de la Terre, nous avons cherché à déterminer si quelque chose a changé le fonctionnement du cycle du carbone sur une grande échelle de temps. Nous avons trouvé que c’était le cas, et il semble que ce changement soit lié à la croissance de la vie végétale sur terre et de la vie animale qui utilisent le silicium dans la mer. »

Dans l’étude, les chercheurs ont mesuré les isotopes du lithium dans 600 échantillons de roches prélevés dans de nombreux endroits différents à travers le monde. Le lithium a deux isotopes naturellement stables – un avec trois protons et trois neutrons, et un avec trois protons et quatre neutrons.

Lorsque l’argile se forme lentement sur terre, elle favorise fortement le lithium-6, laissant l’eau environnante riche en isotope plus lourd, le lithium 7. Lors de l’analyse de leurs échantillons par spectrométrie de masse, les chercheurs ont trouvé des niveaux élevés de lithium-7 dans l’eau de mer enregistrés dans les roches qui s’est produit il y a 400 ans et 500 millions d’années, indiquant un changement significatif dans la production d’argile sur Terre coïncidant avec la propagation des plantes sur Terre. Terre et émergence de la vie marine grâce au silicium.

La boue se forme sur Terre en tant que vestige d’altération chimique, le principal processus à long terme par lequel le dioxyde de carbone est éliminé de l’atmosphère. Cela se produit lorsque le carbone dans l’atmosphère se combine avec l’eau pour former un acide faible, l’acide carbonique, qui tombe au sol sous forme de pluie et dissout les roches, libérant des ions, y compris des ions calcium, qui se jettent dans l’océan. Finalement, le carbone est piégé dans les roches au fond de l’océan. En revanche, les retraits de carbone sont annulés par la photosynthèse des plantes une fois que les plantes se décomposent, et cela affecte rarement les niveaux de dioxyde de carbone sur des échelles de temps supérieures à quelques centaines d’années.

Lorsque la boue se forme dans l’océan, le carbone reste dans l’eau et est finalement libéré dans l’air dans le cadre de l’échange continu de carbone qui se produit lorsque l’air rencontre l’eau.

Référence : « La perspective lithium-isotope sur l’évolution des cycles du carbone et du silicium » par Boriana Calderon-Asyl, Joachim AR Kacchinov, Noah J. Blanavsky, Ashley v. S. Hood, Matthew Dillinger, Eric J. Belfreud, David S. Jones, Axel Hoffmann, Frantz USA USA, Frances A. McDonald, Zhongyang Wang, Terry T. Eason, Jack J. Murphy, John A. Higgins, A. Joshua West, Malcolm W. Wallace, Dan Asel et Philip AE Pugh von Strandmann , 14 juillet 2021, nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-03612-1

L’étude a reçu le soutien du Conseil européen de la recherche et de la NASA.