Une étude montre que le paysage de l’oxygène marin a été façonné par le mouvement des plaques et l’innovation biologique

La teneur en oxygène de l’eau de mer a un impact profond sur le cycle des éléments bioessentiels et sur l’habitabilité de la Terre. Mais comment et pourquoi le paysage de l’oxygène marin (c’est-à-dire la configuration spatiale des niveaux d’oxygène) a évolué depuis le début du Phanérozoïque, il y a 538 millions d’années, n’est pas bien établi.

Pour résoudre ce problème, des chercheurs dirigés par le professeur Wang Xiangli de l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences (IGGCAS) et le professeur Li Chao de l’Université de technologie de Chengdu, ainsi que des collaborateurs de l’Université de Cincinnati et du L’Institut de géologie et de paléontologie de Nanjing a reconstruit un enregistrement presque continu de la configuration spatiale des niveaux d’oxygène marin à travers le Phanérozoïque, sur la base d’une approche d’apprentissage automatique.

L’étude a été publiée dans Géosciences naturelles le 26 octobre.

Ils ont découvert que sur des échelles de temps de 10 à 100 millions d’années, les niveaux d’oxygène dans l’eau de mer des profondeurs du plateau continental étaient négativement corrélés au taux de production de la croûte océanique, un indicateur de la vitesse de déplacement des plaques.

Sur des échelles de temps plus courtes (c’est-à-dire des millions d’années), les étapes du processus reconstitué d’évolution de l’oxygène coïncident temporellement avec des innovations biologiques majeures (telles que la colonisation des plantes terrestres il y a environ 400 millions d’années et la révolution des zooplanctons marins il y a environ 250 millions d’années). ) et les cycles des supercontinents (comme l’amalgamation et la rupture de la Pangée il y a respectivement environ 420 et 200 millions d’années).

“Les niveaux d’oxygène atmosphérique ne sont pas toujours corrélés aux niveaux d’oxygène marin”, a déclaré le professeur Wang.

Avant l’avènement des plantes, le plateau continental profond regorgeait de réducteurs tels que la matière organique dissoute et le fer ferreux. Ainsi, malgré l’augmentation significative des niveaux d’oxygène atmosphérique, le plateau continental profond est resté largement dépourvu d’oxygène, avec seulement des événements d’oxygénation éphémères.

Après que les plantes ont colonisé les continents, l’oxygène atmosphérique a pu atteindre le plateau continental profond (principalement grâce à la circulation thermohaline), conduisant progressivement à une structure d’oxygène marin « en forme de sandwich » dans la zone du plateau continental, où une couche intermédiaire déficiente en oxygène était prise en sandwich entre les continents. surface et couches profondes riches en oxygène. Dans ce scénario, les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère et dans les profondeurs des océans du plateau continental étaient positivement corrélés.

Avec l’avènement du zooplancton marin il y a environ 250 millions d’années, leurs coquilles dures et leurs boulettes fécales ont aidé les particules de matière organique à couler plus rapidement de la couche supérieure de l’océan vers les eaux profondes, éliminant ainsi l’oxygène des profondeurs. En conséquence, même si l’oxygène atmosphérique reste élevé, les niveaux d’oxygène dans les profondeurs du plateau continental varient considérablement en raison des hauts et des bas de la pompe biologique.

L’anoxie marine (c’est-à-dire l’épuisement de l’oxygène dissous) a souvent été soupçonnée comme l’une des causes de la mortalité des animaux marins. Cette étude révèle cependant que l’ampleur de l’anoxie marine n’est pas toujours associée à un taux élevé d’extinction des animaux marins.

La corrélation inattendue se produit dans des périodes de faible élévation du niveau de la mer (par exemple, il y a 300 à 170 millions d’années), où le taux d’extinction est négativement corrélé à l’intensité de l’anoxie marine, ce qui suggère que l’intensification de l’anoxie marine n’était pas le principal responsable de l’anoxie marine. le taux d’extinction des animaux marins plus élevé au cours de cet intervalle de temps.

D’autres facteurs, tels que la perte d’habitat du plateau continental en raison d’une baisse importante du niveau de la mer ou d’un changement rapide de température, pourraient avoir été liés à un taux d’extinction élevé lorsque le niveau de la mer est bas.