Évaluation des facteurs environnementaux des événements biologiques marins du Permien supérieur au Trias inférieur en utilisant plusieurs proxies géochimiques et isotopiques

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Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 29 novembre 2023 par Oluwaseun Edward, rattaché à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.

L’étude des changements environnementaux et climatiques marins historiques est importante pour prédire les changements futurs et améliorer notre compréhension de leur rapidité spatiale ainsi que de leur distribution spatiale. Cette thèse se concentre sur les changements environnementaux marins liés à l’extinction massive des animaux marins entre la fin de la période du Permien, il y a 252 millions d’années (Ma), et pendant la période du Trias précoce (251,2 Ma – 247,2 Ma). Bien que les scientifiques en discutent toujours, les changements dans l’environnement et le climat de cette époque sont souvent liés à une activité volcanique massive lors de la formation de la Province magmatique des Trapps sibériens (STLIP).

L’objectif de cette recherche est de nous aider à mieux comprendre ce qui a provoqué les changements dans l’environnement marin, à quel moment précis ces changements se sont produits, et comment ils ont affecté la vie dans les océans. Cette thèse aborde cet objectif en discutant les 3 points suivants :

1. la chronologie et l’origine de l’activité volcanique à la fin du Permien et au début du Trias,
2. comment la disponibilité de l’oxygène dans les océans a changé pendant le Trias inférieur,
3. comment les températures océaniques ont varié pendant le Trias inférieur.

Pour cette recherche, des enregistrements de différents éléments présents dans des roches sédimentaires déposées dans les océans entre 252 Ma et 247,2 Ma, mais que l’on trouve aujourd’hui en Chine du Sud et à Oman, sont utilisés. Nous pouvons utiliser ces enregistrements parce que l’abondance et la composition isotopique des éléments chimiques changent généralement en raison de différents processus physiques, chimiques ou biologiques dans l’environnement. Par conséquent, en connaissant quels processus vont modifier ces enregistrements élémentaires et isotopiques, et dans quelle direction ce changement se produira (c’est-à-dire une augmentation ou une diminution), nous pouvons utiliser ces changements pour interpréter quels processus se déroulaient dans les océans au moment où les roches ont été formées. Par exemple, l’abondance et la composition isotopique du mercure (Hg) mesurées dans les roches sédimentaires peuvent être utilisées pour retracer l’occurrence et la source de l’activité volcanique. De même, les compositions isotopiques du soufre (S) et de l’oxygène (O) dans le sulfate trouvé dans les roches carbonatées peuvent être utilisées pour retracer la disponibilité de l’oxygène dans les anciens océans.

Les résultats de cette thèse montrent que des périodes fréquentes et prolongées d’activité volcanique à la fin de la période permienne ont eu lieu uniquement après l’extinction de masse des animaux dans les océans et que ces éruptions volcaniques provenaient de volcans plus proches que les Trapps de Sibérie. En outre, les résultats montrent qu’il n’existe aucune preuve fiable que le volcanisme des Trapps de Sibérie était la cause des changements dans les océans au cours de la période du Trias inférieur qui a été étudiée. De plus, la teneur en oxygène dans les océans a continué de diminuer au Trias inférieur entre 250,4 Ma et 249,3 Ma. Cependant, au cours de cette période, la diversité des animaux dans les océans a parfois diminué mais a augmenté à d’autres moments. Ajouté à cela, les températures de l’eau de mer ont augmenté et diminué au cours de cette période.

À partir de ces résultats, on en conclut que l’activité volcanique provenant de volcans plus proches de la zone étudiée a exercé une influence plus importante sur les changements environnementaux marins au cours de la période étudiée que ce qui était précédemment supposé. En conséquence les variations de la diversité des animaux marins n’ont probablement pas été uniquement contrôlées par la teneur en oxygène des océans et les changements de température de l’eau de mer. C’est pourquoi, davantage de recherches sont nécessaires pour déterminer le principal facteur qui a contrôlé l’abondance et la diversification des animaux marins au cours du Trias inférieur.