Vous avez demandé : les dinosaures ont survécu lorsque le dioxyde de carbone était trop élevé. Pourquoi les humains ne peuvent-ils pas?

« tu as demandéIl s’agit d’une série dans laquelle des experts de l’Earth Institute répondent aux questions des lecteurs sur la science et la durabilité. Un lecteur nous a posé cette question : « Comment les plantes et les animaux ont-ils survécu il y a environ 200 millions d’années lorsque la concentration de dioxyde de carbone est passée à 6 000 parties par million ? » Paul Olsongéologue et paléontologue à la Columbia School of Climate Observatoire de la Terre Lamont-DohertyDites-nous ici ce que les scientifiques savent des niveaux de dioxyde de carbone au fil du temps.

Paul Olsen est géologue et paléontologue au Lamont-Doherty Earth Observatory du Columbia College. Photo : Kevin Kragic/Columbia Climate School

Bien que personne n’ait mesuré la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère depuis des millions d’années, les paléoclimatologues peuvent reconstituer les températures passées et les niveaux de dioxyde de carbone en utilisant coeur de glaceEt le anneaux de tronc d’arbreEt le corailEt le pollen ancienEt le roches sédimentaires. Ces enregistrements naturels des fluctuations climatiques peuvent également révéler comment différents animaux et plantes ont prospéré ou péri au cours de différentes périodes géologiques.

En étudiant l’âge des dinosaures, par exemple, certains chercheurs ont disséqué des feuilles qui se sont retrouvées piégées dans des couches de sédiments. « Les petits trous dans la peau des feuilles sont plus fréquents lorsque les niveaux de dioxyde de carbone sont faibles », a expliqué Olsen.

Des scientifiques comme Olsen ont découvert à plusieurs reprises qu’au cours de nombreuses périodes de l’histoire de la Terre, les organismes ont connu des concentrations considérablement plus élevées de Le dioxyde de carbone Les températures moyennes sont plus élevées qu’aujourd’hui. Cependant, cela ne signifie pas que tout ira bien si nous continuons à chauffer la planète en brûlant des combustibles fossiles.

« Le problème aujourd’hui n’est pas seulement l’augmentation de la température mondiale ou des niveaux de dioxyde de carbone. Le problème est le taux de changement », a expliqué Olsen. « Pendant la majeure partie de l’histoire de la Terre, les niveaux de dioxyde de carbone en général ont changé très lentement. Cela a donné aux organismes et à leurs écosystèmes suffisamment de temps pour s’adapter au changement climatique par l’évolution et la migration.

climatologues Attention qu’au cours du siècle prochain, le taux de changement sera dix fois plus rapide que n’importe quel modèle climatique apparu au cours des 65 derniers millions d’années. En raison du taux de réchauffement rapide d’aujourd’hui, jusqu’à 14 % de toutes les plantes et animaux de la planète pourraient disparaître au cours des prochaines décennies, selon le Signaler Du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat.

La montée et la chute du climat de la Terre

Au cours de la période cambrienne, qui a duré de 542 millions à 485,4 millions d’années, certaines sources estiment que les niveaux de dioxyde de carbone pourraient avoir été d’environ 20 fois A partir d’aujourd’hui, les températures ont été 10°C plus chaud.

Les organismes ne semblent pas se soucier des conditions torrides. Pendant ce temps, l’oxygénation des océans a conduit à l’explosion de la vie connue sous le nom de « Cambrian Explosion ». Il y avait une variété de créatures marines telles que les trilobites, y compris les plus grands prédateurs anciens anomalocaire, et des animaux en forme de limace avec des coquillages. Pendant ce temps, sur terre, les premières plantes ont commencé à prendre racine autour d’elle il y a 500 millions d’annéesil a probablement des niveaux élevés de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, a déclaré Olsen.

Il a averti que « les agents d’il y a 500 à 400 millions d’années ne vont pas bien en ce moment ». « La plupart des données et des graphiques sur les niveaux de dioxyde de carbone dans l’histoire de la Terre commencent il y a environ 350 millions d’années. »

Reconstruction des niveaux de dioxyde de carbone au cours des 400 derniers millions d’années environ. Les zones bleues indiquent les périodes glaciaires. Le graphique montre que de nombreux événements d’extinction de masse se sont produits à peu près au même moment que des changements rapides des niveaux de dioxyde de carbone. Source : Foster et al., 2017 avec modifications par Paul Olsen

pendant le Période ordovicienne (il y a environ 488,3 à 443,8 millions d’années), le niveau de la mer était 220 mètres plus haut qu’il ne l’est aujourd’hui ; Les zones au nord de la ceinture équatoriale étaient sous l’océan. poisson primitif algue rougeles coraux et quelques autres animaux marins tels que les céphalopodes et les gastéropodes faisaient partie d’écosystèmes florissants – jusqu’à ce qu’une tragédie sans précédent se produise, peut-être causée par des changements soudains des niveaux de dioxyde de carbone.

Ce fut la première grande extinction de masse sur Terre. Il y a environ 443 millions d’années, il a anéanti près de 85 % de toutes les espèces marines jusqu’à deux millions d’années. La cause est encore inconnue, mais certains scientifiques pensent qu’elle pourrait être liée à la formation de glaciers massifs et à la forte baisse du niveau de la mer après la dérive du supercontinent Gondwana vers le pôle Sud. une Etude 2012 Il a été suggéré que les premières plantes terrestres auraient pu faire chuter les températures mondiales en absorbant le dioxyde de carbone, entraînant une ère glaciaire. Au contraire, dans Étude 2020Des scientifiques basés au Canada ont émis l’hypothèse que les éruptions volcaniques à grande échelle libéraient des quantités massives de dioxyde de carbone qui réchauffaient soudainement la planète et déclenchaient deux extinctions massives en deux millions d’années.

Comment les dinosaures ont-ils survécu malgré des niveaux de dioxyde de carbone exceptionnellement élevés ?

La période triasique (il y a 252 à 201 millions d’années) a marqué le début de l’ère des dinosaures.

« A l’époque, il faisait très chaud car les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone étaient cinq fois plus élevées que les niveaux actuels », a expliqué Olsen. « Cependant, la vie marine et terrestre était florissante. »

Au début de la période triasique, le supercontinent Pangée englobait la masse continentale des sept continents modernes. Les reptiles ou les synapses ressemblant à des mammifères ont conquis le monde. grenouilles Et le salamandre Il a juste commencé à se développer. Après cela, une grande variété d’archosaures a pris le relais – un groupe de reptiles qui comprend des crocodiles, des oiseaux et des dinosaures.

Les premiers dinosaures sont apparus il y a environ 232 millions d’années. Ils étaient aussi petits que des chiens.

Pour le Trias supérieur et le Jurassique antérieur (il y a environ 237 à 174 millions d’années), les scientifiques n’ont trouvé aucune preuve de calottes glaciaires polaires dans les archives fossiles – probablement en raison de niveaux de dioxyde de carbone pouvant avoir atteint 6 000 parties par million. Pendant cette condition de serre, des forêts denses de conifères et de feuillus couvraient la plupart des régions de la Pangée, de l’Arctique et de l’Antarctique aux latitudes subtropicales.

Cependant, il y a environ 230 millions d’années, la Pangée a commencé à se désintégrer. Alors que l’Amérique du Nord s’éloignait de l’Eurasie et de l’Afrique, le magma a pris d’assaut la croûte terrestre sur une vaste zone, provoquant l’une des éruptions volcaniques les plus importantes de l’histoire de la Terre. Il a déclenché une extinction massive il y a 202 millions d’années qui a anéanti 80% de tous les êtres vivants, y compris de nombreuses espèces auparavant dominantes de grands reptiles tropicaux de la période du Trias, comme les phytosaures ressemblant à des crocodiles.

La plupart des chercheurs pensent que l’événement d’extinction massive à la fin de la période triasique est directement lié aux éruptions volcaniques généralisées, a déclaré Olsen. Chaque éruption peut s’être poursuivie de manière continue pendant des dizaines, voire des centaines d’années, et il y a eu de nombreuses éruptions. Ils ont été associés à un triplement soudain du dioxyde de carbone dans l’atmosphère sur une courte période de temps.

« C’est assez similaire à ce que les humains font à la planète maintenant », a-t-il déclaré. Une étude de 2019 a révélé que les activités humaines sont lancées chaque année jusqu’à 100 fois carbone Dans l’atmosphère des volcans.

Des niveaux extraordinairement élevés de dioxyde de carbone il y a 202 millions d’années ont entraîné l’acidification et l’hypoxie des océans, ou la perte d’oxygène sous-marine. Olsen et ses collègues ont identifié ces facteurs comme les principaux moteurs de cette extinction massive massive qui a anéanti les invertébrés marins et les coraux.

dans étude récente, ils ont découvert que d’énormes quantités de dioxyde de soufre étaient également pompées dans l’atmosphère lors des différentes impulsions d’éruptions volcaniques. Cela a causé des périodes très froides, bien que courtes, car le brouillard de soufre réfléchissait la lumière du soleil dans l’espace.

« Cette période froide a peut-être duré quelques années, ou 100 ans tout au plus », a expliqué Olsen. Sur terre, les hivers volcaniques passaient les animaux qui n’avaient aucune isolation comme les plumes, la graisse ou les épaisses couches de fourrure. Des dinosaures suffisamment isolés a survécu et a pris le relais.

Après chaque courte période froide, la Terre a connu des dizaines à des centaines de milliers d’années de réchauffement climatique en raison d’augmentations soudaines des niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère à la suite d’éruptions.

Comment les températures mondiales et les niveaux de dioxyde de carbone se sont-ils stabilisés avant l’apparition de l’homme ?

Des concentrations extrêmement élevées de dioxyde de carbone disparaissent de l’atmosphère par trois mécanismes principaux. La première est que l’océan en absorbe de grandes quantités pour créer un équilibre dans l’atmosphère.

Le deuxième mécanisme de la Terre pour absorber le dioxyde de carbone de l’air est l’altération des roches. Les produits de ce type de séquestration naturelle du carbone finissent dans les océans sous forme de calcaire.

Le troisième mécanisme est la photosynthèse. Les plantes absorbent le dioxyde de carbone, et si elles sont enfouies dans les sédiments avant de se décomposer, le carbone de leurs tissus est stocké sous terre. Ces trois mécanismes se produisent lentement sur plusieurs milliers d’années.

« Mais lorsque la Terre connaît des changements rapides dans les concentrations de dioxyde de carbone atmosphérique – comme ce que nous voyons aujourd’hui en raison des activités humaines – ces trois mécanismes ne réagissent pas assez rapidement pour compenser les taux de changement incroyables », a expliqué Olsen.

Au cours des soixante dernières années, le taux annuel d’augmentation du dioxyde de carbone dans l’atmosphère a été 100 fois plus rapide des augmentations naturelles relativement récentes qui se sont produites il y a environ 17 000 ans à la fin de la dernière période glaciaire. En 2021, la concentration moyenne mondiale de dioxyde de carbone a atteint son plus haut niveau enregistré 414,72 ppm.

« Ceci est similaire au taux de changement qui s’est produit il y a environ 202 millions d’années, après des éruptions volcaniques géantes et aussi après des collisions d’astéroïdes qui ont provoqué la cinquième extinction de masse il y a environ 66 millions d’années », a ajouté Olsen.

Les humains pourraient-ils survivre dans des conditions climatiques hostiles comme celles de l’ère des dinosaures ?

Les niveaux de dioxyde de carbone sont plus élevés aujourd’hui qu’ils ne l’étaient au cours des 800 000 dernières années. image: Nasa

Bien que la Terre ait connu d’innombrables fluctuations des niveaux de dioxyde de carbone dans le passé, la plupart d’entre elles se sont produites à des taux auxquels les organismes ont pu s’adapter et évoluer avec le changement climatique. Cela est moins probable étant donné le rythme rapide du réchauffement actuel.

« Le taux de changement que nous constatons aujourd’hui en raison des émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine est parmi les taux les plus élevés que la Terre ait jamais vus », a déclaré Olsen. « Des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone dans l’atmosphère sont des états normaux de notre planète. Notre état minimum actuel est inhabituel. Cependant, c’est ce taux de changement qui est le plus important. »

Olsen a émis l’hypothèse que même avec les niveaux extrêmement élevés de dioxyde de carbone dans l’atmosphère de 6000 parties par million qui ont été enregistrés à l’époque des dinosaures et du réchauffement climatique qui a suivi, les humains pourraient survivre – grâce aux progrès technologiques plutôt qu’à l’évolution.

Et bien que l’intérieur des continents soit insupportablement chaud, les endroits situés à des latitudes plus élevées peuvent encore être froids et inhabitables.

Cependant, avec l’augmentation des taux de changement climatique sur de courtes périodes, Olsen a mis en garde contre d’importants troubles sociaux dus aux ressources limitées en nourriture et en eau – conduisant à des guerres et des conflits.

En d’autres termes, notre espèce pourrait théoriquement survivre, mais nous ne vivrions probablement pas notre meilleure vie.