jeudi 2 mars 2017

Les dinosaures seraient morts de froid


Une simulation détaillée du climat qui a tout juste suivi l’impact de l’astéroïde du Chicxulub, probablement lié à l’extinction entre autres des dinosaures, vient de montrer que la température moyenne globale de la Terre aurait rapidement chuté de plus de 27°C, menant à des températures  négatives durant plus de 3 ans…



C’était il y a 66 millions d’années, un gros astéroïde (ou une comète) frappait la Terre au niveau de l’actuel Yucatan au Mexique. On sait que cet événement dévastateur est probablement associé à la disparition de nombreuses espèces dont les plus connues sont celles de la famille des dinosaures qui ont quasi toutes brutalement disparu en très peu de temps après l’impact. Mais le débat existe toujours quant à l’origine exacte de cette extinction, une autre hypothèse possible étant liée à l’activité volcanique intense de cette période. C’est pour apporter des éléments pouvant discriminer les deux hypothèses que des géophysiciens allemands ont cherché à modéliser de manière détaillée le climat consécutif à l’impact.
Alors que l’on imagine souvent l’impact d’un astéroïde comme quelque chose de « chaud », avec la fusion de la croûte terrestre au niveau du cratère d’impact et l’apparition de vastes feux de forêts  associés à cette élévation de température, ce qui est moins évident à imaginer est l’hiver glacial qui a pu suivre. Un tel événement a en effet dû produire des quantités énormes de poussières et d’aérosols divers, notamment des aérosols sulfatés, qui ont été injectés dans la très haute atmosphère. Cette injection aurait eu pour effet de bouleverser considérablement le climat terrestre plongeant la planète dans une nuit de très longue durée, et  en bloquant l’apport d’énergie solaire à la surface. Il n’est pas étonnant face à de tels changements brutaux que de très nombreux groupes d’espèces animales et végétales aient totalement ou partiellement disparues, non seulement les dinosaures non volants, mais aussi d’autres vertébrés, des reptiles et invertébrés marins, ainsi que des ammonites ou des planctons.
Julia Brugger et ses collaborateurs se sont intéressés à cette phase encore assez mal connue en produisant des simulations climatiques de l’injection d’aérosols sulfatés dans la stratosphère suivant l’impact du Chicxulub pour évaluer les changements climatiques et mieux comprendre l’origine de cette extinction massive. Des études anciennes dans les années 1980 et 1990 avaient étudié l’effet climatique de la poussière injectée dans la stratosphère, qui serait à même de réduire la photosynthèse à la surface terrestre.  Mais des études plus récentes de 2002 ont montré que la taille submicronique des grains de poussière était trop faible pour expliquer les changements climatiques observés. Il restait donc l’idée des aérosols. Et les gaz sulfurés issus des évaporites de l’impact semblent bien être la clé de l’énigme, car une fois dans la stratosphère, ils forment ces aérosols sulfatés qui possèdent un pouvoir bloquant considérable pour le rayonnement solaire.
Cette nouvelle étude innove par rapport aux précédentes qui avaient commencé à explorer l’impact des aérosols, car elle utilise ce qu’on appelle un modèle climatique « couplé », dans lequel sont simulés la circulation océanique globale, la circulation atmosphérique (incluant le CO2) et la dynamique et la thermodynamique de la glace de mer. De plus, cette modélisation  ne se limite pas au court terme suivant l’impact mais peut explorer l’évolution du climat jusqu’à plusieurs centaines d’années.
Les chercheurs se sont intéressés exclusivement aux effets de long terme en ne considérant pas les effets qui ont tout juste suivi l’impact, comme les tempêtes, tsunamis ou autres feux de forêts. Les conditions climatiques qui avaient cours juste avant l’impact, données d’entrée de la modélisation, étaient une température moyenne de 18,9°C (pour une concentration de CO2 de 500 ppm) ou de de 21,6°C pour un taux de CO2 de 1000 ppm (les deux cas ont été modélisés). Les caractéristiques de l’astéroïde sont les suivantes : un diamètre compris entre 15 et 20 km ayant une porosité de 50% et impactant la Terre à 20 km/s. A partir des caractéristiques du terrain du Chicxulub, les géophysiciens calculent que 100 Gt de soufre et 1400 Gt de COont été injectés dans l’atmosphère.  Pour comparer, cette quantité de soufre correspond à 10000 fois celle produite par le volcan Pinatubo en 1991 et le CO2 injecté produit ici une augmentation de la concentration atmosphérique de 180 ppm. Les chercheurs regardent ensuite comment se comporte le climat durant les 100 ou 1000 années qui suivent l’impact selon la durée de résidence des aérosols dans la stratosphère (2, 4 ou 10 ans).
Même quand les aérosols ont disparus de la haute atmosphère, la température met très longtemps à revenir à sa valeur initiale. Dans le cas le plus « optimiste » où les aérosols sulfurés restent 2 ans dans la stratosphère, la température moyenne de la Terre chute de 27°C (minimum atteint 3 ans après l’impact) et reste négative durant 3 ans… pour revenir à sa valeur d’avant l’impact après 30 ans. La fraction des océans gelés atteint dans ce cas environ 15%.

Dans le cas plus pessimiste où les aérosols restent durant 10 ans dans la stratosphère, la température moyenne à la surface baisse de 34°C avec un minimum de -16°C qui est atteint 9 ans après l’impact, pour un retour à la normale plus de 30 ans après et une période inférieure à 0°C durant 16 ans… conduisant à une fraction d’océans gelés de plus de 30%.
Julia Brugger et ses collègues ont également regardé ce qui se passait en détails au niveau des océans. L’évolution de leur température est beaucoup plus lente que celle de l’atmosphère du fait de la grande inertie thermique de l’eau, mais ce que les chercheurs montrent dans leur étude qui a été publiée dans Geophysical Research Letters, c’est l’apparition d’un grand  mélange très intense. Les eaux de surface se refroidissant assez rapidement, elles se mettent à descendre vers le fond des océans et sont remplacées par des eaux plus chaudes qui a leur tour vont se refroidir en surface pour redescendre et ainsi de suite. Il s’en suit des énormes mouvements de convection qui auraient pu faire remonter des profondeurs vers la surface de grandes quantités de nutriments, rendus alors disponibles dès la réapparition du soleil quelques années après l’impact pour faire exploser la population du plancton ayant survécu. La température des océans aurait retrouvé sa distribution initiale seulement après 1000 ans d’après les chercheurs. Des perturbations profondes de la biosphère marine ont donc dû apparaître du fait des changements induits dans la circulation océanique.
Même si Julia Brugger et ses collaborateurs ne peuvent pas conclure définitivement que l’impact du Chicxulub est le seul responsable de l’extinction du Crétacé Supérieur, ils montrent que par ses effets sur le climat, extrêmement violents tant sur la température atmosphérique que sur la circulation océanique, il a dû y jouer un rôle clé.

Référence

Baby, it's cold outside: Climate model simulations of the effects of the asteroid impact at the end of the Cretaceous
Julia Brugger et al.
Geophysical Research Letters (13 January 2017)


Illustrations

1) et 3) Vues d'artistes de l'impact du Chicxulub

2) Evolution de la température globale moyenne en fonction du temps après l'impact, pour trois scénarios de durée de persistance des aérosols dans la stratosphère (Brugger et al.)

4 commentaires :

Pascal Cazabat a dit…

Il me semblait qu'en 150 millions d'année les dinosaures s'étaient adaptés à l'ensemble des climats (variables durant le Mésozoïque) et qu'ils occupaient des niches écologiques extrêmement variées. Notamment certains d'entre eux s'étaient bien adaptés aux régions froides.
Expliquer leur extinction quasi totale (les oiseaux pouvant sans doute être êtres considérés comme les descendants de certains d'entre eux) simplement par le froid n'est-il pas un raccourci hasardeux ?

Dr Eric SIMON a dit…

Je pense que vous aurez noté mon emploi du conditionnel dans ce billet. Je pense tout de même que si des espèces pouvaient supporter des changements de températures assez importants, une telle variation (de plus de 25° en quelques années) qui a duré sur une aussi longue période, associée à l'absence de photosynthèse, n'était certainement pas une situation à laquelle ces grosses bêtes étaient préparées ou adaptées à y survivre...

Bruno a dit…

D'autant qu'à cette époque de par la répartition des continents et des courants de convection , la terre était bien plus chaude qu'actuellement et les valeurs négatives extrêmement rares
Il y a bien eu des dinosaures "polaires" dans ce qui est actuellement le cercle arctique mais il est estimé que les températures restaient positive même lors de la longue nuit hivernal de plusieurs mois et que la plupart de ces dinos étaient herbivores (Bec de canards)

Alors je ne sais pas si le refroidissement général est du exclusivement au caillou ou si l'impact a aussi titillé volcans et failles sismiques (ce serait plus l'idée) mais perdre entre 20 et 30° si rapidement et sur plusieurs année , le "vivant" n'a pas pu s'adapter c'est impossible... Bah euh si ! (et on ne parle pas ici de bactéries ou d’extrémophiles)
C'est ça en fait l'extraordinaire , ce n'est pas ce qui disparu mais ce qui a survécu...

Tristan Consalvi a dit…

Il est clair qu'un seul facteur ne peut pas expliquer les vagues d'exterminations massives au cours de l'histoire de la planète. Mais il faut surement imaginer un enchainement de circonstances : un déclin naturel des espèces accentué par une variation de l'environnement importante et une rupture dans la chaine alimentaire.
Je vous conseille "l'excellent" livre de John Gribbin : le chaos, la complexité et l'émergence de la vie (champs sciences/Flammarion) ou il aborde les modèles de Lovelock.