L'eau s'accumule sur les mousses. On pensait que les premières plantes terrestres étaient non vasculaires, comme les mousses. Crédit : Katmai Preserve NPS Photo/Russ Taylor
L'arrivée des plantes sur terre il y a environ 400 millions d'années pourrait avoir changé la façon dont la Terre régule naturellement son propre climat, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'UCL (University College London) et de Yale.
Le cycle du carbone, le processus par lequel le carbone se déplace entre les roches, les océans, les organismes vivants et l'atmosphère, agit comme le thermostat naturel de la Terre, régulant sa température sur de longues périodes.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, 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 le fonctionnement de ce cycle il y a environ 400 millions d'années, lorsque les plantes ont commencé à coloniser les terres.
Plus précisément, les chercheurs ont noté un changement dans la chimie de l'eau de mer enregistrée dans la roche qui indique un changement majeur dans la formation globale de l'argile – «l'usine minérale argileuse» – des océans vers la terre.
Échantillonnage de sédiments ordoviciens (450 millions d'années) par le premier auteur Boriana Kalderon-Asael. XNUMX crédit : Ashleigh Hood
Étant donné que la formation d'argile dans l'océan (altération inverse) entraîne la libération de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, tandis que l'argile 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, conduisant à une planète plus fraîche et un climat en dents de scie, avec une alternance de périodes glaciaires et de périodes plus chaudes.
Les chercheurs ont suggéré que le changement a été causé par la propagation de plantes terrestres gardant les sols et les argiles sur terre, empêchant le carbone d'être emporté dans l'océan, et par la croissance de la vie marine utilisant du silicium pour leurs squelettes et leurs parois cellulaires, comme les éponges, les -les algues cellulaires et les radiolaires (un groupe de protozoaires), entraînant une baisse du silicium dans l'eau de mer nécessaire à la formation de l'argile.
L'auteur principal, le Dr Philip Pogge von Strandmann (UCL Earth Sciences) a déclaré: «Notre étude suggère que le cycle du carbone a fonctionné d'une manière fondamentalement différente pendant la majeure partie de l'histoire de la Terre par rapport à nos jours.
"Le basculement, qui s'est produit progressivement il y a 400 à 500 millions d'années, semble lié à deux innovations biologiques majeures à 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 des cellules.
"Avant ce changement, le dioxyde de carbone atmosphérique restait élevé, conduisant à un climat de serre stable. Depuis lors, notre climat a oscillé entre les périodes glaciaires et les périodes plus chaudes. Ce type de changement favorise l'évolution et pendant 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."
La première auteure Boriana Kalderon-Asael, doctorante à l'Université de Yale, a déclaré : « En mesurant les isotopes du lithium dans les roches couvrant la majeure partie de l'histoire de la Terre, nous avons cherché à déterminer si quelque chose avait changé dans le fonctionnement du cycle du carbone sur une grande échelle de temps. Nous avons constaté que c'était le cas, et ce changement semble être lié à la croissance de la vie végétale sur terre et de la vie animale utilisant du silicium dans la mer. »
Dans l'étude, les chercheurs ont mesuré les isotopes du lithium dans 600 échantillons de roche prélevés dans de nombreux endroits différents à travers le monde. Le lithium a deux isotopes stables naturels - 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 enrichie avec l'autre isotope plus lourd, le lithium-7. En analysant leurs échantillons à l'aide de la spectrométrie de masse, les chercheurs ont constaté une augmentation des niveaux d'isotope de lithium 7 dans l'eau de mer enregistrée dans la roche il y a entre 400 et 500 millions d'années, suggérant un changement majeur dans la production d'argile de la Terre coïncidant avec la propagation des plantes sur terre et l'émergence de la vie marine utilisant du silicium.
L'argile se forme sur la terre sous la forme d'un résidu de l'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 atmosphérique se combine avec l'eau pour former un acide faible, l'acide carbonique, qui tombe sur le sol sous forme de pluie et dissout les roches, libérant des ions, notamment des ions calcium, qui se déversent dans l'océan. Finalement, le carbone est enfermé dans des roches au fond de l'océan. En revanche, le prélèvement de carbone par la photosynthèse des plantes est annulé une fois que les plantes se décomposent et affecte rarement les niveaux de dioxyde de carbone sur des échelles de temps supérieures à quelques centaines d'années.
Lorsque l'argile 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 : « A lithium-isotope perspective on the evolution of carbon and silicon cycles » par Boriana Kalderon-Asael, Joachim AR Katchinoff, Noah J. Planavsky, Ashleigh v. S. Hood, Mathieu Dellinger, Eric J. Bellefroid, David S. Jones, Axel Hofmann, Frantz Ossa Ossa, Francis A. Macdonald, Chunjiang Wang, Terry T. Isson, Jack G. Murphy, John A. Higgins, A. Joshua West, Malcolm W. Wallace, Dan Asael et Philip AE Pogge 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.
