Download - Causes des extinctions
CAUSALITES DES
EXTINCTIONS
Plan
Extinctions ponctuelles
Extinctions globales
Causes initiales
astrophysiques, astronomiques, telluriques, biologiques
Causes principales
exceptionnelles, impacts, volcanisme de trapp, supervolcans
classiques, variations climatiques, modifications paléogéographiques
Causes secondaires
variations eustatiques, chimisme des eaux, compétitions
Introduction
Il convient de bien distinguer :
- Les causes évoquées pour expliquer des extinctions ponctuelles
- Les causes évoquées pour expliquer les extinctions plus globales
Extinctions ponctuellesCauses des extinctions ponctuelles, souvent progressives …
Intrinsèques, extrinsèques, ou une combinaison des deux …
Nous pouvons citer :
- mutations génétiques létales …
- dérive génique …
- spécialisation alimentaire … (cf. panda, cf. koala …) …
- accumulation de mutations génétiques …
- essoufflement génétique (cf. céphalopodes, cf. guépard …)
- spécialisation comportementale …
- spécialisation hyperthélique …
- spécialisation adaptative (cf. aptères, cf. rhinoceros …) …
- compétition dans les mêmes niches écologiques …
- prédation …
- isolement …(reproductif, géographique, climatique, éthologique …) …- insularisme …
- pression de l’environnement …
- non adaptation au milieu …
- sélection naturelle (par le milieu) …
Compétition
Sélection du milieu
GryphéeMegaceros
Titanothère Tigre à dent de sabre
Phalènes du bouleau
Biston betularia
C’est aussi ce que l’on a pu constater avec …
Extinctions globalesCauses des extinctions plus globales, souvent plus brutales …
Tout a été avancé sur les causes de ces extinctions, en particulier sur celle des dinosaures …, des plus sérieuses aux plus farfelues, parfois même contradictoires …
A titre anecdotique …
- Diversification des angiospermes … plantes à poison … constipation … empoisonnement …
- Taille … problèmes de régulation thermique … morts de froid … ou de chaud …- Taille …hypophyse … dérèglement hormonal … stérilité …
- Diversification des papillons … chenilles … diminution des végétaux … mort de faim …
- Problèmes de coquilles d’œufs … trop minces … trop épaisses …
Les causes évoquées pour les extinctions de masse doivent pouvoir expliquer les phénomènes dans leur globalité, ne pas se focaliser sur un seul groupe, tenir compte des extinctions différentielles, les unes progressives, les autres plus brutales, observées dans différents groupes, de tailles variées, et de différents domaines
Une crise est un événement complexe « Crime de l’Orient Express »
dans laquelle interviennent plusieurs causes,
concomitantes ou échelonnées dans le temps,
plus ou moins liées les unes aux autres.
cf. superpositionextinction mineure/crise
Parmi les causes extrinsèques des
extinctions globales on reconnait …
Causes initiales
Causes principales
Causes secondaires
Causes initialesLes causes initiales extrinsèques évoquées
sont de plusieurs types :
Causes astrophysiques (cf. galaxie)
Causes telluriques (cf. terre)
Causes astronomiques (cf. système solaire)
Causes biologiques
Causes astrophysiques
Causes telluriques
Causes astronomiques
Causes biologiques
Causesinitiales
Causes principales Causessecondaires
Rotation galactique Oscillations
Activité solaire Paramètres orbitaux
Activité du noyau Evolution géodynamique
Exceptionnelles Classiques
astrophysiquesCauses astrophysiques … cf. galaxie
- Rotation du soleil dans la galaxie
- Révolution sinusoïdale du soleil de part et d’autre du plan galactique ?
- Impacts d’astéroïdes
- Variations climatiques
Rotation du soleil dans notre galaxie
Période Bras spiral/Inter bras 50 Ma ?
Plan galactique
Le soleil (donc la Terre) traverserait ce plan tous les 26-31 Ma ?
Mouvement sinusoïdal par rapport au plan galactique
?
2 conséquences terrestres aux passages
dans les bras ou dans le plan galactique :
a) Les poussières y sont plus nombreuses, ce qui bloque les rayons lumineux et engendre des périodes plus froides.
b) Des perturbations plus nombreuses sur le nuage de Oort et les ceintures d’astéroïdes, d’où des impacts (météoritiques ou cométaires) plus nombreux.
astronomiquesCauses astronomiques … cf. système solaire
- Activité du soleil
- Variations des paramètres orbitaux de la Terre
- Variations climatiques
Activité du soleil
Les cycles solaires (cf. tâches solaires et inversions de champ magnétique) ont une période moyenne de premier ordre d’environ 11 ans.
Minimum de Maunders
Il existe un lien (mal connu) entre cycles solaires et climats terrestres (cf. minimum de Maunders au Moyen-âge)
Variations des paramètres orbitaux de la terre
- Excentricité de l’orbite
- Obliquité sur l’écliptique
- Précession des équinoxes
- Excentricité de l’orbite
Périodicité de 1er ordre : 95 000 ans
Périodicité de 2ème ordre : 400 000 ans
- Obliquité sur l’écliptique
Période principale : 41 000 ans
- Précession des équinoxes
Rotation de l’axe : période de 26 000 ans
La conséquence terrestre aux variations
des paramètres orbitaux de la terre :
Les cycles climatiques
Milankovitch a montré que l’interaction des trois paramètres (excentricité, obliquité, précession) était à l’origine des grands cycles climatiques de la terre (10 000 ans, 125 000 ans, 100 Ma)
Milankovitch, entre 1930 et 1940, n’a pas été suivi par l’ensemble de la communauté scientifique
Les nombreux carottages effectués dans les glaces arctiques et antarctiques ainsi que ceux effectués récemment dans le fond du Pacifique au nord des îles Salomon lui donnent maintenant raison.
Les périodes chaudes sont en jaune les froides en bleu.
% en isotopes 18 .
telluriquesCauses telluriques … cf. terre
- Magmatisme profond (cf. activité du noyau)
- Evolution géodynamique (cf. tectonique des plaques)
- Modifications paléogéographiques
- Variations eustatiques
- Modifications du chimisme des eaux
- Volcanisme de trapp
- Variations climatiques
Magmatisme profond
Activité réduite du noyau
Augmentation de volume de la couche D
Panaches mantelliques
Volcanisme intense de trapp
Variations climatiques
Evolution géodynamique
L’énergie accumulée au moment de l’accrétion de la terre doit se dissiper
Magmatisme/Volcanisme
Tectonique des plaques
Modifications paléogéographiques
Modifications climatiques
• magmatisme/volcanisme
• magmatisme de dorsale (formation de croûte océanique) responsable de la « dérive des continents »
biologiquesCauses biologiques …
- Variations climatiques
L’activité photosynthétique absorbe le CO2
Le développement de la forêt houillère au Carbonifère a diminué l’effet de serre et entraîné l’aridité permienne
Causes astrophysiques
Causes telluriques
Causes astronomiques
Causes biologiques
Causesinitiales
Causes principales Causessecondaires
Rotation galactique Oscillations
Activité solaire Paramètres orbitaux
Activité du noyau Evolution géodynamique
Exceptionnelles Classiques
Causes principalesLes causes principales sont de deux types :
Causes exceptionnelles
Causes classiques
Causes astrophysiques
Causes telluriques
Causes astronomiquesVariations
climatiques
Impactsd’astéroïdes
Modificationspaléogéographiques
Volcanismede trapp
Causes biologiques
Causesinitiales
Causes principales Causessecondaires
Rotation galactique Oscillations
Activité solaire Paramètres orbitaux
Activité du noyau Evolution géodynamique
Exceptionnelles Classiques
Causes exceptionnelles …
- Variations climatiques
Impacts d’astéroïdes
Volcanisme de trapp
Deux causes proposées suite à la découverte, à la limite K/T, d’une anomalie en iridium …
Deux causes aux effets induits quasi similaires … d’où une polémique …
Les effets induits …
Enormes quantités de poussières, gaz et aérosols …Obscurité …
refroidissement réchauffement
Modification du chimisme des eaux
baisse de productivité
cf. 18O
cf. 13Ccf. CaCO3
conditions anoxiques
Rupture de la chaîne trophique …
Ralentissement sévère (voire arrêt) de la photosynthèse
Extinctions différentielles …
Comment faire la part des choses ?
Impacts d’astéroïdes
Earth Impact Database
!
Tectites …Quartz choqués …
Magnétites nickélifères …
Cônes de pression …
Tsunamites …Brèches …
Diamants …Acides aminés …
Extinctions brutales …
Suie …
PREUVES DES IMPACTS …Cratère(s) …
Anomalies en iridium et autres métaux …
Onde de choc …
Tectites, microtectites, sphérules, larmes …
Quartz choqués
Magnétites nickélifères
Anomalies en iridium et autres métaux …
Anomalie positive en iridium …
mais couplée avec des anomalies négatives en chrome et nickel …
Micro-diamants …
… aux dépends du graphite des gneiss, quand la pression atteint 500 à 700 kb (cf. Popigaï, Ries, …)
Acides aminés …
... comme par exemple l’acide butyrique ou l’isovaline racémique … absents sur terre mais présents dans des chondrites …
Suie … Hydrocarbures aromatiques … Combustion d’arbres …
… embrasement de l’atmosphère par l’échauffement des particules projetées.
La température a pu monter localement à plus de 400° C … d’où des incendies de forêts
Ondes de choc …
… pouvant coucher la végétation (cf. Tunguska)
… en 1938, à 200 km …
… à plus de 20 km/s avec des vents à 500 km/h à plus de 1000 km de l’impact
Cônes de pression … … ou cônes de percussion (shatter cone)
Brèches …
… de dislocation
… de retombée
Tsunamites
L’hypothèse des impacts permet d’expliquer le caractère brutal de certaines extinctions
cf. spores/pollens
ainsi que les extinctions de masse par empoisonnement et gaz nocifs
La participation d’un (ou de plusieurs) impact(s) dans une crise est :
- confirmée pour la crise K/T- probable pour la crise fini-triasique- envisagée pour la crise fini-
dévonienne- envisagée pour la crise fini-permienne- envisagée pour une crise pré-
édiacarienne
poussières, aérosols, gaz dont CO2 et SO2
variations eustatiques (si domaine océanique)
modifications du chimisme des eaux
variations climatiques
Volcanisme de trapp
Pomerol, 492
Transgressions …
Extinctions progressives …
PREUVES DU VOLCANISME …
Trapps …
Anomalies en iridium et autres métaux …
Couche d’argile …
Absence d’inversion magnétique …
Anomalies en iridium et autres métaux …
Anomalie positive en iridium …
… mais couplée avec des anomalies positives en arsenic, antimoine (± zinc, cadmium, mercure, selenium, indium …)
Couche d’argile … (sans carbonates)
… qui pourrait provenir de l’altération de cendres volcaniques
Absence d’inversion magnétique …
Un volcanisme profond de type trapp est du à un déséquilibre à l’interface manteau/noyau, provoqué semble-t-il par une augmentation de volume de la couche D, ce qui ne pourrait intervenir qu’à la suite d’une activité réduite du noyau, ce qui peut être confirmé par l’absence d’inversion de champ magnétique
Transgressions …
D’énormes épanchements sous-marins entraînent, au moins localement, des montées du niveau marin
L’hypothèse d’un volcanisme intense de trapp permet d’expliquer le caractère progressif de certaines extinctions
La participation d’un volcanisme de trapp dans une crise est :
- confirmée pour la crise K/T- confirmée pour la crise fini-permienne
Sibérie (P/T)
Deccan (K/T)
Trapp du Deccan, limite K/T
Environ 500 000 km2 ( France)Plus de 1 million de km3
Parfois sur plus de 2000 m d’épaisseurPlusieurs phases sur 2 millions d’années
Trapp de Sibérie, limite P/T
Environ 2 500 000 km2 ( 5 x France)1 million de km3
Parfois sur plus de 3700 m d’épaisseur
CO2
Métaux lourds et autres composés chimiques modifient la composition des sols, de l’air et de l’eau
Si épanchement en milieu océanique, chaleur, activité hydrothermale, volume des émissions, entraînent variations du niveau des mers, modifications topographiques et modification du chimisme des eaux
Volcanisme de super-volcans
ExplosionVEI 8
Ces super-volcans semblent peu nombreux
Taupo
Toba
Aira
Yellowstone
Valle GrandeLong Valley
??
Caldeira 100 x 60 km
Tambora – Lac Toba74 000 ans
Long Valley
Taupo
Yellowstone
L’implication de super-volcans dans des crises mineures est parfois évoquée …
- En Amérique du Nord, dans l’hécatombe, il y a 10 Ma, de plusieurs centaines de rhinocéros, chameaux, chevaux, tortues et lézards à Orchard (ensevelissement sous 2 m de cendres à plus de 1600km du super-volcan de Bruno-Jarbridge)
Or
BJ
- En Indonésie …
« Goulot d’étranglement », c’est-à-dire taille de la
population initiale …
Toba, Tambora74 000 ans
Causes classiques …
- Variations eustatiques
Variations climatiques
Modifications paléogéographiques majeures
- Modifications du chimisme des eaux
- Compétitions
Variations climatiques
Chaque espèce est adaptée à un intervalle bien précis de température
Une élévation des moyennes … ou un abaissement des températures peut donc être fatal, à l’échelle planétaire, pour un grand nombre d’espèces, du milieu marin comme du milieu continental
Une variation de température entraîne également, compte tenu de la zonation climatique latitudinale, des migrations de faunes
- refroidissement, migration des faunes septentrionales vers l’équateur
- réchauffement, migration des faunes équatoriales vers les zones tempérées
Compétitions Extinctions
Ainsi, dans le cas d’un refroidissement (glaciation réelle ou induite), on constate :
- La disparition d’un grand nombre de formes tropicales (intolérance au froid)
- La migration des faunes septentrionales vers l’équateur (recherche de l’optimum climatique) (compétitions accrues et disparition de certains groupes)
- La disparition d’un grand nombre de formes fixées compte tenu de l’abaissement du niveau marin- La disparition d’un certains nombre de formes compte tenu de la compétition accrue sur une plateforme réduite
Les variations climatiques terrestres dépendent
- de l’activité du soleil (cf. tâches solaires)
- de paramètres astrophysiques (cf. quantité de poussières, révolution du soleil)
- de paramètres astronomiques (cf. distance au soleil, obliquité, excentricité, précession : cycles de Milankovitch)
- de paramètres telluriques (cf. tectonique des plaques : cycles de Wilson)
- de paramètres biologiques (cf. forêt houillère puis aridité permienne)
Il y a donc eu 5 périodes de glaciation sur les derniers 650 000 ans
Les périodes chaudes sont en jaune, les froides en bleu.
% en isotopes 18 .
… et à plus grande échelle, des périodes de « green house » et de « ice house »
Les variations climatiques sont révélées :
- Par des critères paléontologiques
- Par des critères sédimentologiques …
- Par des critères physico-chimiques
Evaporites, carbonates, charbons, déserts, latérites, bauxites, argiles, tillites, sols polygonaux …
Phénomène récifal, association planctonique (cf. foraminifères), épaisseur des coquilles, répartition de la flore …
Isotopes 18O et 16O, isotopes du carbone, …
Les glaciations sont surtout révélées :
- Par les rapports isotopiques de l’oxygène
- Par la répartition des tillites
- Par la flore
- Par les migrations de faunes
- Par les rapports isotopiques du carbone
Répartition des tillites …
Migrations de faunes …
Rapports isotopiques de l’oxygène …
Dans les glaces Dans les tests calcitiques
Période glaciaire 18O faible + 15O 18O > 0
Période inter glaciaire 18O moins faible + 16O 18O 0
Rapports isotopiques du carbone …
Flore …
Augmentation d’arbres à feuilles dentelées par rapport aux arbres à feuilles lisses
Les glaciations comme cause participative aux extinctions sont évoquées :
- pour la crise fini-ordovicienne- pour la crise fini-dévonienne- pour la crise K/T- pour les crises tertiaires
La tectonique des plaques, par le jeu des divergences et des convergences, peut :
- fragmenter des ensembles fauniques avec éventuellement disparition de groupes isolés
- rapprocher et mettre en compétition des groupes différents avec éventuellement disparition de certains d’entre eux (cf. grand échange inter-américain)
Modifications paléogéographiques majeures
- isoler des ensembles fauniques avec éventuellement diversification et radiation adaptative en l’absence de concurrents (cf. marsupiaux australiens)
Mais elle est également responsable :
- de la répartition des masses continentales (compacité/éclatement)
Modifications des circulations océaniques
Modifications des circulations atmosphériques
Modifications du climat
- de la surface des mers épicontinentales et des plateaux, par le jeu de la longueur et de la largeur …
- de l’orientation de ces surfaces …
Or il existe un lien entre surface et biodiversité
Et paradoxalement, il peut y avoir disparitions d’espèces terrestres dans le cas d’une augmentation de la surface des terres émergées
- de la position des supercontinents
Effet continental de glaciation si centré sur pôle
Effet continental d’aridité si centré sur équateur
Wilson a montré qu’il y a eu alternance
de regroupements et d’éclatements de super-continents
Le cycle en serait de 200-250 Ma (ou 400-500 Ma)
Pangea vers – 200 MaSuper-continent OrdovicienPannotia vers 600-650 MaRodinia vers 1,1 GaColumbia vers 1,5-1,8 Ga
Erosion
Modifications du chimisme des eaux
- de l’ouverture ou la fermeture de bassins
Transgressions, Erosion Variations eustatiques
- des orogénèses
Modifications du climat (par combinaison des silicates de calcium érodés avec le CO2
atmosphérique, d’où un effet de serre atténué et une baisse de T°)
Régressions, Ruissellement Modifications du chimisme des eaux
- du volcanisme accru (des dorsales, des arcs …) Emission de CO2
Modifications du climat (effet de serre accentué)
Plus la quantité de CO2 est élevée, plus la température augmente et plus il y a d'altération chimique (Walker, 1981).
Plus il y a d'altération chimique, plus la température baisse, plus la quantité de CO2 baisse, ce qui mène à des ères glaciaires (Raymo, 1997).
L’influence du CO2 se ferait sur des périodes d’une centaine d’années
Il existe un lien climat-CO2-érosion
La tectonique des plaques et les modifications paléogéographiques sont évoquées :
- pour les crises édiacarienne et burgessienne …
- pour la crise intra-permienne …- pour la crise fini-triasique …- pour la crise Paléogène …
On peut encore évoquer :
- La fréquence des inversions du champ magnétique
La fréquence des inversions du champ magnétique
A chaque inversion la magnétosphère peut s’annuler et la terre n’est plus protégée des particules cosmiques, ce qui peut entraîner un accroissement des mutations.
Accroissement d’autant plus important que les particules ionisées entrant dans la stratosphère dissocieraient l’azote qui se combinerait avec l’oxygène pour donner des acides nitriques. Il en résulterait la destruction de la couche d’ozone, d’où le passage des ultraviolets.
Causes astrophysiques
Causes telluriques
Causes astronomiquesVariations
climatiques
Impactsd’astéroïdes
Modificationspaléogéographiques
Volcanismede trapp
Causes biologiques
Causesinitiales
Causes principales Causessecondaires
Rotation galactique Oscillations
Activité solaire Paramètres orbitaux
Activité du noyau Evolution géodynamique
Exceptionnelles Classiques
Causes secondairesLes causes secondaires
- Compétitions
- Variations eustatiques
- Modifications du chimisme des eaux
Causes astrophysiques
Causes telluriques
Causes astronomiquesVariations
climatiques
Impactsd’astéroïdes
Modificationspaléogéographiques
Volcanismede trapp
CompétitionsCauses biologiques
Causesinitiales
Causes principales Causessecondaires
Rotation galactique Oscillations
Activité solaire Paramètres orbitaux
Activité du noyau Evolution géodynamique
Variationseustatiques
Modificationsdu chimisme
des eaux
Exceptionnelles Classiques
Variations eustatiquesVariations eustatiques …
Les régressions, par le retrait des mers épicontinentales, restreignent l’extension des plateformes marines pour ne laisser qu’une frange étroite en bordure des continents
Extinction massive des organismes fixés
Réduction du nombre des niches écologiques, d’où compétition accrue, disparition de certains groupes
Modifications du chimisme des eaux (cf. ruissellement, érosion, lessivage, remise en circulation du carbone organique, oxydation, abaissement du C13, anoxie) Modifications climatiques par augmentation des surfaces émergées
Les régressions dépendent
- des refroidissements climatiques (cf. glaciations)
- de la tectonique des plaques (cf. fermeture de bassins; cf. ouverture de bassins; cf. apparition de grands
fonds océaniques)
Les transgressions, par la montée du niveau des eaux, entraînent une activation de l’érosion
Modifications du chimisme des eaux (érosion …)
Modifications climatiques par diminution des surfaces émergées
Extinction d’organismes fixés « noyés »
Les transgressions dépendent
- des réchauffements climatiques (cf. …)
- de la tectonique des plaques (cf. fermeture de bassins; cf. augmentation du volume des dorsales; cf. grands épanchements volcaniques sous-marins)
Les variations eustatiques ont joué un rôle :
- dans la crise permo-triasique …- dans la crise K/T …
… et dans de nombreuses extinctions de moindre importance
Modifications du chimisme des eaux
Modifications du chimisme des eaux …
Nous avons déjà vu que cela pouvait être du :
- à l’érosion (orogénèses, régressions …)
- au volcanisme (dorsales, épanchements …)
- au développement des végétaux (plantes vasculaires du Dévonien, forêts houillères du Carbonifère …)
… mais aussi à l’augmentation de la teneur en CO2 de l’atmosphère, ce qui entraîne une diminution de la teneur en O2 de l’eau
… d’où le développement de conditions anoxiques :
- schistes noirs sans carbonates (car augmentation de CO2 dissous + refroidissement dissolution des carbonates)
- précipitations de métaux (pyrite, sulfures,
césium, lanthane …) plus ou moins favorisées par les algues (cf. amas lamellaires)
Ces faciès noirs anoxiques (OAE, Oceanic Anoxic Events) sont surtout connus au Cambrien inférieur, au Dévonien supérieur et au Crétacé inférieur
… ainsi qu’à la teneur en calcium.
Celui-ci provient à la fois des continents mais aussi de l’hydrothermalisme … d’où plus ou moins de biocalcification, d’organismes récifaux et de plate-formes carbonatées … qui jouent un rôle dans l’absorption du CO2 …
… ou à la salinité de l’eau
Aridité, évaporites, baisse de la salinité (cf. Permien) …
… et extinction des organismes sténohalins comme ceux du milieu récifal
CompétitionsCompétitions …
Elles sont importantes :
- à la limite Primaire/Secondaire(cf. déclin des brachiopodes au profit des lamellibranches)(cf. amphibiens au profit des reptiles)
- à la limite Eocène/Oligocène (cf. grande
coupure)(cf. renouvellement complet des formes archaïques de mammifères … cf. plésiadapiformes …)
- à la limite Pliocène/Pléistocène (cf. grand
échange) (cf. disparition des mammifères d’Amérique du Sud suite à l’envahissement par les faunes d’Amérique du Nord)
Causes astrophysiques
Causes telluriques
Causes astronomiquesVariations
climatiques
Impactsd’astéroïdes
Modificationspaléogéographiques
Volcanismede trapp
CompétitionsCauses biologiques
Causesinitiales
Causes principales Causessecondaires
Rotation galactique Oscillations
Activité solaire Paramètres orbitaux
Activité du noyau Evolution géodynamique
Variationseustatiques
Modificationsdu chimisme
des eaux
Exceptionnelles Classiques
On peut encore évoquer …
- l’intensité du champ magnétique
ConclusionEn résumé …
Références
1) Francis Lethiers (1998) - Evolution de la biosphère et événements géologiques, Gordon and Breach Science Publishers, 321 p., 224 fig.