LES TRAPPS DU DECCAN, DES TRAPPES À CO2 - CNRS

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LES TRAPPS DU DECCAN, DES TRAPPES À CO 2
La mystérieuse extinction des dinosaures, il y a 65 millions d'années, est attribuée à
l'impact d'une météorite ou à une énorme éruption volcanique en Inde. Dans un cas
comme dans l’autre, les poussières émises et la variation chimique de l'atmosphère et
des océans auraient créé une catastrophe écologique, responsable de l’éradication
d’une grande partie des êtres vivant à la surface de notre planète. Des chercheurs 1
ont mis au point un modèle qui, sans rediscuter la cause de cette extinction, montre
que la mise en place de grands épanchements volcaniques (les « trapps ») en Inde
il y a 65 millions d’années 2 a conduit à des changements globaux du climat et de la
chimie des océans.
1 Laboratoire de mécanismes
de transfert en géologie (LMTG,
CNRS-Université Toulouse 3)
en collaboration avec l’Institut
de physique du globe de Paris
(IPGP) et le Laboratoire de
physique atmosphérique
et planétaire de l’Université
de Liège (LPAP).
2 Cette période correspond
géologiquement à la limite
Crétacé/Tertiaire.
Les conditions climatiques dépendent en partie de la quantité dans
l’atmosphère de CO 2 , gaz dont l’effet de serre est reconnu. De nombreux
auteurs ont essayé de modéliser le cycle du CO 2 à travers les temps
géologiques. Il ressort de ces études que, sur des durées de l'ordre du
million d'années, le bilan du CO 2 est régi par une unique source, le volcanisme,
et un seul « puits », l'altération continentale des silicates (voir
encadré). Sur le long terme, un équilibre s'établit donc entre le dégazage
des volcans et la consommation de CO 2 par l'altération.
La Narmada est l’un des trois principaux
fleuves qui drainent les basaltes
du Deccan.
Les basaltes sont, parmi les roches silicatées, celles qui s’altèrent le
plus facilement. De ce fait, ils ont joué un rôle fondamental pour le
contrôle de la teneur en gaz carbonique
de l’atmosphère lors du
dégazage intense qui a accompagné
la mise en place, il y a 65 mill
i o n s d’années, des trapps d u
Deccan en Inde. Le volume initial
de ces trapps pourrait avoir
atteint 3 x 10 6 km 3 . Or, les trapps
actuels occupent un volume d'environ
10 6 km 3 . Les deux tiers des
basaltes initiaux ont donc disparu
en 65 millions d'années.
Les trapps du Deccan se sont mis en place au nord-ouest
de la partie péninsulaire de l’Inde, sur une partie du vieux
socle précambrien indien constitué de granites et de gneiss.
Le Deccan est l'une des provinces basaltiques les plus étendues
à la surface de la planète.
LES SILICATES, SEULES POMPES À CO 2
Au cours de l’altération des continents, le CO 2 gazeux passe en solution et donne de l’acide carbonique
( H 2 C O 3 ) qui contribue à la dissolution des minéraux et à la formation d’ions bicarbonates (HCO 3 - ) .
Ces ions se retrouvent exportés par les rivières vers les océans où, à saturation, ils participent à la
précipitation de carbonates (CaCO 3 ). Or, durant la réaction de précipitation, seule une mole* de bicarbonate
sur les deux consommées précipite réellement, la seconde étant relarguée dans l’atmosphère sous
forme de CO 2 . Lors de l’altération des minéraux silicatés, la totalité des ions bicarbonates provient de
l’atmosphère, ce qui représente au final (après précipitation) une consommation d’une mole de bicarbonate
ou de CO 2 atmosphérique. En revanche, lors de l’altération des minéraux carbonatés, seule la moitié
des ions bicarbonates provient du CO 2 atmosphérique, l’autre moitié provenant directement de la
roche. Dans ce cas, le bilan final de consommation est nul puisque les moles de CO 2 consommées lors
de l’altération repartent dans l’atmosphère au moment de la précipitation des carbonates au fond des
océans. Par conséquent, sur l’échelle du million d’années, seule l’altération des silicates consomme réellement
du CO 2 atmosphérique.
* Mole : unité permettant de mesurer la quantité de matière et correspondant à 6,02 x 10 2 3 entités élémentaires
(atomes, molécules, ions, etc.).
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Pour expliquer ce phénomène, les chercheurs du LMTG et de l’IPGP ont déterminé une loi
simple qui permet d'estimer la quantité de CO 2 consommée lors de l'altération des basaltes. Cette
loi a été établie à partir de données obtenues sur les rivières drainant les trapps du Deccan et
d'autres régions basaltiques. Deux paramètres sont fondamentaux : la quantité d'eau qui circule
dans les sols et la température atmosphérique. Ces deux facteurs jouent dans le même sens car
ils favorisent tous les deux la mise en solution des sols et des roches : plus ces paramètres sont
élevés, plus l'altération est importante.
Les chercheurs ont également rassemblé des données
bibliographiques. Ainsi la quantité de CO 2 d é g a z é e
dans l'atmosphère durant la mise en place des trapps
est estimée à 1,6 x 10 18 moles, soit environ la moitié de
ce qui est contenu sous forme dissoute dans l'océan
à l’heure actuelle. Quant à la durée de cet événement,
elle est évaluée à moins d’un million d’années par de
nombreux auteurs. À partir de toutes ces estimations,
les chercheurs du LTMG ont modélisé les évolutions
climatiques qui se sont produites à l’époque de la mise
en place des trapps du Deccan.
La modélisation montre que l'augmentation de CO 2
dans l'atmosphère a été très importante (1050 ppmv, soit
3 fois la teneur actuelle 3 ) et s’est accompagnée d’un
rapide réchauffement de la Terre (+ 4 °C). Grâce à l’efficacité
du phénomène d'altération continentale, il a fallu seulement 1,5 millions d'années pour
résorber l'excès de CO 2 émis dans l'atmosphère, avec pour conséquence une baisse de température
de 4,55 °C, soit un refroidissement global de 0,55 °C.
Cette modélisation a permis de détecter des variations des cycles géochimiques du carbone
et du strontium au sein de l'océan. Le modèle prédit un arrêt, lié à une forte acidification de l’eau
de mer par le CO 2 , de la sédimentation des carbonates marins pendant une période de 20 000 ans
après la mise en place des trapps. Cet arrêt prévu par le modèle est également observé dans les
carbonates marins à la limite Crétacé/Tertiaire. Le modèle prévoit également un pic du rapport
isotopique de strontium ( 87 Sr/ 86 Sr) d'une durée de 4 millions d'années dans l’eau de mer à la
suite de la mise en place des trapps (voir figure ci-dessus). Pendant les périodes où l’altération
continentale est forte, le flux des rivières, avec un rapport isotopique haut, est prédominant
comparé au flux hydrothermal dont le rapport isotopique est faible. D’où un pic du rapport
isotopique de l’eau de mer, résultant d’un mélange des deux flux.
Le modèle indique que de grands épanchements volcaniques conduisent à des changements
globaux du climat et de la chimie des océans. Bien que cette étude ne permette pas d’expliquer
la disparition des dinosaures, elle permet d’affirmer que, quelle que soit la cause de cette extinction,
la mise en place des trapps du Deccan a largement amplifié le phénomène.
Référence :
• C. Dessert, B. Dupré, L. M. François, J. Schott, J. Gaillardet, G. Chakrapani and S. Bajpai.
(2001) Erosion of Deccan Traps determined by river [Image] geochemistry. Impact on global climate
and 87 Sr/ 86 Sr ratio of seawater. Earth Planet. Sci. Lett. 188, pp. 459-474.
3 ppmv : unité scientifique
internationale qui caractérise
la concentration volumique
d’un gaz.
1 ppmv = 10 -3 cm 3 /dm 3 (teneur
du gaz considéré dispersé dans
un volume d’un litre de gaz).
Contacts chercheurs :
Laboratoire de mécanismes
de transfert en géologie
(LMTG),
CNRS-Université Toulouse 3,
• Céline DESSERT,
tél. : 05 61 55 84 05
mél : dessert@lmtg.ups-tlse.fr
• Bernard DUPRÉ,
tél. : 05 61 55 87 84
mél : dupre@lmtg.ups-tlse.fr
Contact Observatoire
Midi-Pyrénées :
Dominique D’Arabian,
tél. : 05 61 33 28 67
Contact département Sciences
de l’Univers du CNRS/INSU :
• Océan/Atmosphère :
Hélène DOCO,
tél. : 01 44 96 42 74
mél : doco@cnrs-bellevue.fr
• Sciences de la Terre :
Christiane GRAPPIN,
tél. : 01 44 96 43 37
mél : christiane.grappin@
cnrs-dir.fr
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