Les extinctions en masse : Les causes des extinctions en masse

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Les causes des extinctions en masse

Concernant la crise marquant la fin du Permien, les archives révèlent la disparition de 90% des espèces marines et de 70% des vertébrés terrestres. Le phénomène a duré 10 Ma, mais les végétaux terrestres ne semblent pas avoir été affectés. On suppose la conjonction de plusieurs causes sans pouvoir trancher : glaciation donc refroidissement, désertification par continentalisation (Pangée II), réduction des marges continentales par régression généralisée, mise en contact de faunes de différents continents et compétition, épisode de volcanisme sibérien intense. Cette dernière cause a été documentée par Renne et al (1995) qui indiquent que les trapps sibériens représentent le plus grand volume de lave de l’histoire de la Terre. Le paroxysme de l’activité volcanique a été assez court et a duré 1 million d’années. Il semble bien coïncider avec la phase d’extinction massive puisqu’il a été daté avec la méthode potassium argon à -250 ± 0,3 Ma.
La crise biologique marquant la limite Crétacé-Tertiaire (crise K-T) est la grande extinction la plus étudiée, au cours de laquelle les Dinosaures, les Ammonites, 90% des genres de Protozoaires et d’Algues disparaissent. 60 à 75% des espèces s’éteignent. Plusieurs arguments avaient été avancés pour expliquer cette phase d’extinction massive. Ginsburg avait développé en France en 1964 l’influence de régressions marines qui, en réduisant le domaine néritique, aurait entraîné une compétition accrue entre espèces et donc des disparitions. De plus, la régression, en continentalisant le climat, aurait entraîné un refroidissement général. Cette approche peut être critiquée en notant :

qu’elle n’explique pas la disparition des espèces planctoniques ;

qu’une plate-forme même étroite peut abriter une grande diversité d’espèces (côte ouest des Amériques : 3 000 espèces de Mollusques sur l’étroite plate-forme) ;

que des régressions importantes (Oligocène moyen par exemple) n’ont causé aucune extinction massive et que certaines périodes d’extinction massive (fin Eocène) ne correspon¬dent à aucun changement de niveau marin ; de plus, on ne constate jamais une extinction plus marquée des espèces de milieux peu profonds qui auraient dû être prioritairement atteintes lors d’un phénomène de régression marine ;

que les dernières glaciations n’ont affecté que les faunes de certaines latitudes.

Une détérioration des conditions de vie. pour des raisons climatiques, avec une instabilité plus marquée a souvent été invoquée. Les tenants de cette idée affirmaient que les Dino¬saures étaient des espèces ayant une trop grande inertie adaptative (en vertu de quoi ? mys¬tère !!).
À l’heure actuelle, deux interprétations principales s’affrontent dans la littérature : l’origine volcanique et l’origine cosmique.
Mac Lean, en 1970, explique l’extinction massive par un volcanisme intense au sud de l’Inde dans les fameux trapps du Deccan. Cet ensemble volcanique présente une épaisseur de lave approchant localement 2 400 m. La surface couverte par la lave est de 2 millions de km2 et le volume de lave de 2 millions de km3. L’épisode aurait duré 500 000 ans. On sait que les éruptions volcaniques, en projetant des poussières dans l’atmosphère, peuvent entraîner une baisse des températures moyennes, ralentir l’activité photo synthétique et provoquer des pluies acides (dioxyde de soufre) mortelles pour les êtres vivants. Ainsi, l’éruption du volcan El Chichon, en 1982, a eu pour conséquence une baisse moyenne de 0,2°C des températures du globe. Le volcan Laki en Islande tua, en 1783, 24% de la population et 75% du bétail de l’île, et fut à l’origine d’un hiver anormalement froid en Europe en émettant seulement 12 km3 de basalte. L’éruption du Tambora en 1815 a fait chuter les températures en 1816. Cette année là, des gelées et des chutes de neige se produisirent en plein été en Nouvelle Angleterre et au Québec (Stommel & Stommel 1984). Les températures chutèrent sur l’ensemble du globe entraînant une hausse des prix des céréales. Un tel modèle est d’autant plus attirant que l’on peut faire correspondre un événement volcanique intense à pratiquement toutes les grandes périodes d’extinction, comme le montre le tableau ci-dessous (d’après Courtillot 1991).Ces événements correspondent à l’activité de points chauds. Ils vont de pair avec des inversions fréquentes du champ magnétique terrestre ce qui témoignerait d’une activité importante dans le noyau fluide de la Terre et à la limite croûte manteau.
Les Alvarez, père astrophysicien et fils géologue, proposèrent en 1980 une autre interprétation, qui aurait sans doute été beaucoup moins bien accueillie sans le prix Nobel attribué au père en 1968. A la limite Crétacé-Tertiaire existe une couche argileuse où la concentration en iridium est 10 à 100 fois plus élevée que la normale. Or l’iridium est rare dans la croûte mais abondant dans certains composants du système solaire (16 000 fois plus dans les comètes) et en profondeur. Ces auteurs attribuèrent ainsi l’extinction massive de la limite Crétacé- Tertiaire à l’impact d’un astéroïde avec la Terre (Alvarez & Asaro 1991). Pour ces auteurs, une météorite de 10 km de diamètre suffit pour que le nuage de poussières ainsi créé bloque la photosynthèse et fasse diminuer les températures. La combinaison de l’oxygène et de l’azote aurait donné des oxydes d’azote et provoqué des pluies acides toxiques. La vapeur d’eau et le CO2 libérés auraient fait succéder un réchauffement important par effet de serre à l’hiver nucléaire causé par l’impact. D’autres arguments appuient cette hypothèse. L’argile de la couche à iridium est différente de celle des couches voisines et proviendrait d’une altération due à l’impact. On trouve là des grains de quartz déformés comme ceux trouvés dans les cratères d’impact météoritiques et dans les sites d’essais nucléaires. On trouve également des tectites c’est-à-dire des billes de verre résultant d’une fonte des roches sous l’impact de la météorite. Certains chercheurs émettent l’hypothèse d’une étoile qui perturberait périodiquement les orbites des comètes à la périphérie du système solaire et qui causerait une pluie de comètes dans le système solaire. Ceci expliquerait la rythmicité des phases d’extinction à la surface du globe qui semble avoir une période de 27 à 32 Ma.
Un certain nombre de problèmes subsistent cependant. Le premier concerne la durée du phénomène. Quelle durée représente la couche d’argile enrichie en iridium ? 1 an ? 50 ans ? 10 000 ans ? Quant au phénomène volcanique il est considéré comme un événement trop long par les tenants de la météorite qui voient dans l’extinction un événement brutal. L’incertitude de datation du volcanisme serait supérieure à la durée des extinctions (si celles-ci sont en effet très brèves ce qui n’est pas prouvé).
Comment expliquer les tectites et les quartz déformés dans le cas de l’hypothèse volcanique ? Les tenants de cette théorie invoquent des pressions faibles à température élevée.
Comment concilier la durée, très longue, des extinctions de certains groupes avec l’impact catastrophique et brutal d’une météorite ? En effet, ces extinctions s’étalent sur des périodes longues pour certains groupes (4 Ma pour les Ammonites) et commencent bien avant la couche à iridium (mais les tenants de l’astéroïde attribuent cela à une fossilisation insuffisante).
Les organismes planctoniques qui sont à la base des réseaux trophiques sont les derniers à disparaître bien après les Ammonites. Comment concilier ce fait avec un blocage de la photosynthèse et donc une disparition en premier des producteurs primaires ?
L’anomalie en iridium mais aussi la présence des quartz choqués se sont prolongées sur 7 000 à 150 000 ans et le pic serait pour certains un artefact dû à une vitesse de sédimentation plus lente. L’enrichissement en iridium fluctue de part et d’autre de la limite Crétacé-Tertiaire en présentant des pics secondaires.
Comme on ne trouvait aucune trace de l’impact de la météorite, certains auteurs partisans de l’accident cosmique penchaient plutôt pour un phénomène plus lent comme la traversée d’un nuage de poussières interstellaire. La découverte d’un site d’impact de météorite datant de la limite K-T a donné un nouveau crédit à l’hypothèse de l’impact. Ce cratère se situe à Chicxulub au Mexique, dans le nord de la péninsule du Yucatan (Carusi 1995, Claeys 1996). Son diamètre et sa profondeur, estimés respectivement à 180 kilomètres et 1 000 mètres, en font l’un des plus grands cratères terrestres, et on imagine bien que l’énergie dissipée au cours de l’impact ait été suffisante pour perturber durablement le fonctionnement de la biosphère. De plus, la roche « fondue » de nature andésitique présente dans cette structure, attribuée à une fusion d’impact et datée par radio-isotopie, montre un âge très semblable à celui des tectites retrouvées dans la région en Haïti et dans le nord-est du Mexique, c’est-à-dire 65 Ma (Swisher et al. 1992).
D’autres arguments sont venus étayer le modèle de l’impact, notamment d’ordre paléobotanique. Quelques gisements continentaux datant de la limite K-T possèdent en effet la fameuse couche riche en iridium. De part et d’autre de cette couche repère, on peut suivre l’évolution des peuplements de végétaux vasculaires grâce aux feuilles fossilisées. On observe que les variations sont plus brutales au fur et à mesure que l’on se rapproche du point d’impact supposé, que des bouleversements écologiques se sont produits à cette période et qu’ils ont été suivis par des renouvellements de flores reconnus comme des successions écologiques et enfin, qu’une brève mais significative diminution des températures est enregistrée dans les archives fossiles. Pour les auteurs de ces travaux (Wolfe & Upchurch 1986) ces événements sont compatibles avec un modèle d’hiver nucléaire causé par l’impact d’un astéroïde.
On notera que des microtectites ont aussi été découvertes à la fin du Dévonien (Claeys et al 1995). Elles sont contemporaines d’une des plus grandes extinctions en masse du Phané- rozoïque. Les auteurs les ont mises en relation avec deux cratères d’impact de météorite datés eux aussi de cette époque, l’un en Suède (diamètre 52 km), l’autre au Québec (diamètre 46 km).
Il semble cependant probable et sage d’invoquer, pour expliquer la crise biologique de la limite Crétacé-Tertiaire, plusieurs causes qui se sont développées progressivement sur 2 Ma environ et qui font intervenir refroidissement climatique causé par une perturbation de l’orbite terrestre (?), régression marine et changement de circulation océanique, phénomène volcanique intense, l’ensemble ayant pu être accéléré par un événement catastrophique comme la chute d’un astéroïde. Toutes ces causes ont par ailleurs plus ou moins les mêmes effets.
Ce qui caractérise toutes ces causes possibles, c’est leur non sélectivité. Tous les groupes zoologiques sont touchés à chaque période d’extinction de masse. L’alternative «Bad genes or bad luck » exposée par Raup semble clairement résolue, en faveur de son second terme. Les botanistes ne sont pas tout à fait en phase avec ce point de vue dans la mesure où il leur apparaît que les extinctions sont beaucoup plus sélectives chez les végétaux, essentiellement les Trachéophytes pour lesquels on dispose des meilleures archives paléontologiques, ce qui introduit peut-être un biais expérimental. Au sein de ce groupe, les Ptéridophytes, les Gymnospermes et les Angiospermes montrent des tempos d’extinction différents même quand ils coexistent. Le remplacement des Ptéridophytes par les Gymnospermes à la fin du Paléo- zoïque est mis en parallèle par les paléobotanistes (Niklas 1997) avec un assèchement généralisé des milieux, insupportable pour des végétaux dont la fécondation dépend en grande partie de la présence d’eau libre. Même si par la suite la variation des taux d’extinction semble synchrone dans les trois groupes, montrant ainsi un modèle comparable à ce qui se passe chez les animaux, il semble bien que les phases d’extinction correspondent à chaque fois à des périodes de changement climatique. Une autre explication du manque de cohérence entre les modèles animaux et végétaux est peut-être à rechercher dans leur fiabilité respective et dans
l’ensemble des incertitudes qu’ils recèlent. Les publications à venir ne manqueront pas de nous éclairer sur ce point.
Une origine climatique aux extinctions massives a également été avancée avec de bons arguments (Raup 1993). Des causes climatiques pourraient intervenir dans le grand renouvellement de la limite Crétacé-Tertiaire :

la faune et la flore de la Téthys ont été les plus touchées ;

les faunes et flores des latitudes froides se seraient déplacées vers le sud ;

le Maastrichtien, dernier étage du Crétacé a été une période froide (10°C de moins dans certains cas et ce sur plusieurs millions d’années).

C’est cependant sur les extinctions paléozoïques que les arguments climatiques semblent les plus convaincants. Les Trilobites ont ainsi connu trois crises d’extinction en masse séparées par 5 à 7,5 Ma et durant 4 000 à 6 000 ans. Dans tous les cas, une diversification des Trilobites se produisait après chaque période d’extinction à partir d’un groupe ancestral : les Oléanidés. Or ce groupe vivait dans des milieux côtiers profonds et donc plus froids. Les extinctions seraient donc dues à un refroidissement éliminant les groupes des eaux chaudes et ne laissant que les groupes adaptés à des températures plus basses, ou encore à des régressions marines, liées ou non au refroidissement, à l’image de ce qui se produisit pour les Ammonites au cours du Mésozoïque .
La crise de l’Ordovicien a éliminé 100 familles d’animaux marins, surtout sous les tropiques. Les Graptolithes qui présentaient avant cette crise des ceintures d’espèces parallèles à l’équateur ne montraient plus après cette crise qu’une région biogéographique centrée sur l’équateur.
Lors de la crise du Dévonien, ce sont encore les groupes des eaux chaudes qui furent les plus affectés. C’est ainsi que 90% des familles de Brachiopodes qui disparurent n’avaient pas de représentant dans les eaux froides. De même, on constata durant cette crise un développement important des éponges à spicules siliceux qui sont de nos jours caractéristiques des eaux froides.
Les Globigérines sont le groupe de Foraminifères qui a survécu à la crise fin Éocène. Or c’est de nos jours le seul groupe qui prolifère en eau froide et les groupes vivant en eau chaude se sont développés après cette crise.
Le problème c’est que de telles corrélations n’ont pas été établies pour toutes les crises. Mais après tout, il n’est pas nécessaire de rechercher à tout prix une cause unique pour toutes les phases d’extinction. Il est même plus que probable qu’il y ait à chaque fois « conjonction de causes néfastes » ainsi que le montre Lethiers (1998) pour la limite Permien-Trias.