Étude sur les conditions de l’altération continentale et du ruissellement de surface réducteur pendant la transition Trias-Jurassique

Contexte académique

La transition Trias-Jurassique (TJT) est un événement majeur d’extinction massive dans l’histoire de la Terre, connu sous le nom d’extinction de la fin du Trias (End-Triassic Extinction, ETE). Cet événement a entraîné un déclin significatif de la biodiversité dans les écosystèmes marins et terrestres, principalement déclenché par l’activité volcanique de la province magmatique de l’Atlantique central (Central Atlantic Magmatic Province, CAMP). Les éruptions du CAMP ont non seulement provoqué des changements climatiques globaux, mais ont également intensifié l’altération continentale et modifié les conditions redox terrestres. Cependant, les changements spécifiques dans l’intensité de l’altération continentale et les conditions redox du ruissellement de surface pendant cette période ne sont pas encore pleinement compris.

Pour combler cette lacune, les auteurs de cette étude ont analysé des profils stratigraphiques à haute et moyenne-basse latitudes, en combinant des données isotopiques du fer (Fe) et du zinc (Zn), afin d’explorer l’intensification de l’altération continentale et les conditions réductrices du ruissellement de surface pendant la période ETE-TJT. Cette recherche contribue non seulement à la compréhension des changements environnementaux majeurs dans l’histoire de la Terre, mais fournit également des références importantes pour les études modernes sur le changement climatique et les réponses des écosystèmes.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Ruoqi Wan, Chengshuai Yuan, Sheng-Ao Liu, Linhao Fang, Jun Shen et Xiaomei Wang. Les auteurs sont affiliés au State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources de la China University of Geosciences (Pékin), au PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, au State Key Laboratory of Petroleum Resources and Engineering de la China University of Petroleum (Pékin), et au State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources de la China University of Geosciences (Wuhan). L’article a été publié en ligne le 17 octobre 2024 dans la revue Geology, avec le DOI 10.1130/G52551.1.

Méthodologie et résultats

Méthodologie

1. Collecte d’échantillons et analyse stratigraphique
   L’étude a sélectionné deux profils stratigraphiques : le profil de Haojiagou (HJG) à haute latitude et le profil de Qilixia (QLX) à moyenne-basse latitude. Ces profils sont situés respectivement dans le bassin de Junggar au nord-ouest de la Chine et dans le bassin du Sichuan au sud-ouest de la Chine. Grâce à une description détaillée de la lithologie et à une analyse chronologique, les chercheurs ont identifié les couches stratigraphiques correspondant à la transition ETE-TJT.

2. Analyse isotopique et indice d’altération chimique
   Les chercheurs ont analysé les isotopes du fer (δ56Fe) et du zinc (δ66Zn) dans les échantillons de roches sédimentaires, en les combinant avec l’indice d’altération chimique (Chemical Index of Alteration, CIA). Le CIA est un indicateur de l’intensité de l’altération chimique : plus sa valeur est élevée, plus l’altération est intense.

3. Analyse des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
   Pour approfondir l’étude des conditions redox du ruissellement de surface, les chercheurs ont également analysé les hydrocarbures aromatiques polycycliques (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs) dans les échantillons. Les PAHs sont des produits de la combustion des feux de forêt, et leur variation reflète l’intensité des incendies.

Résultats principaux

1. Variations des isotopes du fer et du zinc
   Les résultats montrent que pendant la période ETE-TJT, les valeurs de δ56Fe dans les deux profils ont présenté une excursion positive significative, indiquant une augmentation de la fractionation isotopique du fer. Parallèlement, les valeurs de δ66Zn ont diminué dans le profil HJG, tandis qu’elles ont montré une forte variabilité dans le profil QLX. Ces changements isotopiques sont synchrones avec l’augmentation des valeurs de CIA, suggérant une intensification significative de l’altération continentale pendant la période ETE-TJT.

2. Variations de l’indice d’altération chimique
   Les valeurs de CIA ont augmenté de manière significative pendant la période ETE-TJT, en particulier dans les couches 43-49 du profil HJG et les couches 15-18 du profil QLX. L’augmentation des valeurs de CIA est corrélée positivement avec l’excursion positive de δ56Fe, indiquant que les conditions redox du ruissellement de surface ont changé sous l’effet de l’altération accrue.

3. Variations des hydrocarbures aromatiques polycycliques
   L’étude a également révélé une corrélation positive entre l’excursion positive de δ56Fe et l’augmentation des concentrations de PAHs. En particulier, pendant la période TJT, les concentrations de PAHs ont augmenté de manière significative, indiquant que les incendies ont atteint un pic pendant cette période. Le biochar produit par les incendies a probablement renforcé les conditions réductrices du ruissellement de surface via des processus microbiens de réduction du fer.

Conclusions et implications

1. Intensification de l’altération continentale
   Les résultats montrent que l’altération continentale s’est intensifiée de manière significative pendant la période ETE-TJT, en lien étroit avec le réchauffement climatique global déclenché par l’activité volcanique du CAMP. Cette altération accrue a modifié la composition chimique du ruissellement de surface et a influencé le cycle global du carbone.

2. Conditions redox du ruissellement de surface
   Grâce à l’analyse des isotopes du fer et des PAHs, les chercheurs ont constaté que les conditions redox du ruissellement de surface ont changé de manière significative pendant la période ETE-TJT. Le biochar produit par les incendies a renforcé les conditions réductrices du ruissellement de surface via des processus microbiens de réduction du fer.

3. Implications pour les changements environnementaux globaux
   Cette étude fournit de nouvelles preuves pour comprendre les changements environnementaux majeurs dans l’histoire de la Terre, en particulier l’impact de l’activité volcanique du CAMP sur le climat global et les écosystèmes. De plus, les résultats offrent des références importantes pour les études modernes sur le changement climatique et les réponses des écosystèmes.

Points forts de l’étude

1. Analyse multi-isotopique
   Cette étude est la première à combiner les isotopes du fer et du zinc avec l’indice d’altération chimique, révélant de manière exhaustive les changements dans l’altération continentale et les conditions redox du ruissellement de surface pendant la période ETE-TJT.

2. Impact des incendies
   Grâce à l’analyse des PAHs, les chercheurs ont établi pour la première fois un lien entre les incendies et les conditions redox du ruissellement de surface, mettant en lumière l’impact profond de l’activité volcanique du CAMP sur les écosystèmes terrestres.

3. Étude comparative globale
   L’étude a sélectionné des profils à haute et moyenne-basse latitudes pour une analyse comparative, fournissant des données importantes pour la recherche sur les changements environnementaux à l’échelle mondiale.

Autres informations pertinentes

1. Réduction du fer médiée par les microbes
   L’étude explore également le rôle des microbes dans les processus de réduction du fer, révélant l’importance du biochar comme donneur d’électrons dans la réduction du fer.

2. Mécanismes de rétroaction du cycle du carbone
   En analysant les variations des PAHs et du CIA, les chercheurs ont approfondi les mécanismes de rétroaction des incendies sur le cycle global du carbone, offrant une nouvelle perspective pour comprendre les changements historiques du cycle du carbone.

Cette étude, à travers une approche interdisciplinaire, révèle de manière exhaustive les changements dans l’altération continentale et les conditions redox du ruissellement de surface pendant la période ETE-TJT, fournissant de nouvelles preuves et perspectives pour comprendre les changements environnementaux majeurs dans l’histoire de la Terre.