Notre planète a connu des changements climatiques dramatiques tout au long de son histoire, oscillant entre des périodes de gel et des états de serre chauds.
Les scientifiques associent depuis longtemps ces changements climatiques aux fluctuations du dioxyde de carbone atmosphérique. Cependant, de nouvelles recherches révèlent que la source de ce carbone – et les forces motrices qui le sous-tendent – sont bien plus complexes qu’on ne le pensait auparavant.
En fait, la façon dont les plaques tectoniques se déplacent à la surface de la Terre joue un rôle majeur, jusqu’alors sous-estimé, dans le climat. Le carbone n’émerge pas seulement là où les plaques tectoniques se rencontrent. Les endroits où les plaques tectoniques s’éloignent les unes des autres sont également importants.
Notre nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans la revue Communications, Earth and Environment, met en lumière la façon dont la tectonique des plaques terrestres a contribué à façonner le climat mondial au cours des 540 millions d’années passées.
Aux frontières où convergent les plaques tectoniques de la Terre, nous obtenons des chaînes de volcans appelées arcs volcaniques. La fonte associée à ces volcans libère du carbone emprisonné dans les roches depuis des milliers d’années, le ramenant à la surface de la Terre.
Historiquement, on pensait que ces arcs volcaniques étaient les principaux responsables de l’injection de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
Nos conclusions remettent en question ce point de vue. Nous suggérons plutôt que les dorsales médio-océaniques et les rifts continentaux – les endroits où les plaques tectoniques s’écartent – ont joué un rôle beaucoup plus important dans le fonctionnement des cycles du carbone sur Terre tout au long des temps géologiques.
En effet, les océans de la planète séquestrent de grandes quantités de dioxyde de carbone de l’atmosphère. Ils en stockent la majeure partie dans les roches riches en carbone du fond marin. Sur des milliers d’années, ce processus peut produire des centaines de mètres de sédiments riches en carbone au fond des océans.
À mesure que ces roches se déplacent ensuite sur la Terre sous l’action des plaques tectoniques, elles peuvent éventuellement croiser des zones de subduction – des endroits où les plaques tectoniques convergent. Cela libère leur cargaison de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
C’est ce qu’on appelle le « cycle profond du carbone ». Pour suivre le flux de carbone entre l’intérieur en fusion de la Terre, les plaques océaniques et l’atmosphère, nous pouvons utiliser des modèles informatiques de la façon dont les plaques tectoniques ont migré au fil des temps géologiques.
En utilisant des modèles informatiques pour reconstruire la façon dont la Terre déplace le carbone stocké sur les plaques tectoniques, nous avons pu prédire les principaux climats de serre et de glace au cours des 540 derniers millions d’années.
Pendant les périodes de serre – lorsque la Terre était plus chaude – plus de carbone était libéré que piégé dans les roches porteuses de carbone. En revanche, sous les climats glaciaires, la séquestration du carbone dans les océans de la Terre dominait, abaissant les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique et déclenchant un refroidissement.
L’un des principaux enseignements de notre étude est le rôle essentiel des sédiments des grands fonds dans la régulation du dioxyde de carbone atmosphérique. À mesure que les plaques tectoniques de la Terre se déplacent lentement, elles transportent des sédiments riches en carbone, qui finissent par retourner à l’intérieur de la Terre par un processus appelé subduction.
Nous montrons que ce processus est un facteur majeur pour déterminer si la Terre est dans un état de serre ou de glacière.
Quelle quantité de carbone est recyclée dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction (bleus) par rapport à la quantité libérée par les arcs volcaniques et les dorsales médio-océaniques (oranges) au cours des 540 derniers millions d’années. Les plates-formes carbonatées – de grandes accumulations de roches carbonatées – sont indiquées par des polygones verts, où le vert clair indique des plates-formes actives et le vert foncé indique des plates-formes plus anciennes et inactives.Historiquement, le carbone émis par les arcs volcaniques a été considéré comme l’une des plus grandes sources de dioxyde de carbone atmosphérique.
Cependant, ce processus n’est devenu dominant qu’au cours des 120 derniers millions d’années grâce aux calcificateurs planctoniques. Ces petites créatures océaniques appartiennent à une famille de phytoplancton dont le principal talent réside dans la conversion du carbone dissous en calcite. Ils sont responsables de la séquestration de grandes quantités de carbone atmosphérique dans les sédiments riches en carbone déposés sur le fond marin.
Les calcificateurs planctoniques ont évolué il y a environ 200 millions d’années et se sont répandus dans les océans du monde il y a environ 150 millions d’années. Ainsi, la forte proportion de carbone rejetée dans l’atmosphère le long des arcs volcaniques au cours des 120 derniers millions d’années est principalement due aux sédiments riches en carbone créés par ces créatures.
Avant cela, nous avions découvert que les émissions de carbone provenant des dorsales médio-océaniques et des rifts continentaux – régions où les plaques tectoniques divergent – contribuaient en réalité de manière plus significative au dioxyde de carbone atmosphérique.
Nos découvertes offrent une nouvelle perspective sur la manière dont les processus tectoniques de la Terre ont façonné et continueront de façonner notre climat.
Ces résultats suggèrent que le climat de la Terre n’est pas uniquement déterminé par le carbone atmosphérique. Au lieu de cela, le climat est influencé par l’équilibre complexe entre les émissions de carbone de la surface de la Terre et la façon dont elles sont piégées dans les sédiments du fond marin.
Cette étude fournit également des informations cruciales pour les futurs modèles climatiques, en particulier dans le contexte des préoccupations actuelles concernant l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone.
Nous savons désormais que le cycle naturel du carbone sur Terre, influencé par le déplacement des plaques tectoniques sous nos pieds, joue un rôle essentiel dans la régulation du climat de la planète.
Comprendre cette perspective temporelle profonde peut nous aider à mieux prédire les futurs scénarios climatiques et les effets continus de l’activité humaine.