CAUSALITES DES

EXTINCTIONS

Plan

Extinctions ponctuelles

Extinctions globales

Causes initiales

astrophysiques, astronomiques, telluriques, biologiques

Causes principales

exceptionnelles, impacts, volcanisme de trapp, supervolcans

classiques, variations climatiques, modifications paléogéographiques

Causes secondaires

variations eustatiques, chimisme des eaux, compétitions

Introduction

Il convient de bien distinguer :

- Les causes évoquées pour expliquer des extinctions ponctuelles

- Les causes évoquées pour expliquer les extinctions plus globales

Extinctions ponctuellesCauses des extinctions ponctuelles, souvent progressives …

Intrinsèques, extrinsèques, ou une combinaison des deux …

Nous pouvons citer :

- mutations génétiques létales …

- dérive génique …

- spécialisation alimentaire … (cf. panda, cf. koala …) …

- accumulation de mutations génétiques …

- essoufflement génétique (cf. céphalopodes, cf. guépard …)

- spécialisation comportementale …

- spécialisation hyperthélique …

- spécialisation adaptative (cf. aptères, cf. rhinoceros …) …

- compétition dans les mêmes niches écologiques …

- prédation …

- isolement …(reproductif, géographique, climatique, éthologique …) …- insularisme …

- pression de l’environnement …

- non adaptation au milieu …

- sélection naturelle (par le milieu) …

Compétition

Sélection du milieu

GryphéeMegaceros

Titanothère Tigre à dent de sabre

Phalènes du bouleau

Biston betularia

C’est aussi ce que l’on a pu constater avec …

Extinctions globalesCauses des extinctions plus globales, souvent plus brutales …

Tout a été avancé sur les causes de ces extinctions, en particulier sur celle des dinosaures …, des plus sérieuses aux plus farfelues, parfois même contradictoires …

A titre anecdotique …

- Diversification des angiospermes … plantes à poison … constipation … empoisonnement …

- Taille … problèmes de régulation thermique … morts de froid … ou de chaud …- Taille …hypophyse … dérèglement hormonal … stérilité …

- Diversification des papillons … chenilles … diminution des végétaux … mort de faim …

- Problèmes de coquilles d’œufs … trop minces … trop épaisses …

Les causes évoquées pour les extinctions de masse doivent pouvoir expliquer les phénomènes dans leur globalité, ne pas se focaliser sur un seul groupe, tenir compte des extinctions différentielles, les unes progressives, les autres plus brutales, observées dans différents groupes, de tailles variées, et de différents domaines

Une crise est un événement complexe « Crime de l’Orient Express »

dans laquelle interviennent plusieurs causes,

concomitantes ou échelonnées dans le temps,

plus ou moins liées les unes aux autres.

cf. superpositionextinction mineure/crise

Parmi les causes extrinsèques des

extinctions globales on reconnait …

Causes initiales

Causes principales

Causes secondaires

Causes initialesLes causes initiales extrinsèques évoquées

sont de plusieurs types :

Causes astrophysiques (cf. galaxie)

Causes telluriques (cf. terre)

Causes astronomiques (cf. système solaire)

Causes biologiques

Causes astrophysiques

Causes telluriques

Causes astronomiques

Causes biologiques

Causesinitiales

Causes principales Causessecondaires

Rotation galactique Oscillations

Activité solaire Paramètres orbitaux

Activité du noyau Evolution géodynamique

Exceptionnelles Classiques

astrophysiquesCauses astrophysiques … cf. galaxie

- Rotation du soleil dans la galaxie

- Révolution sinusoïdale du soleil de part et d’autre du plan galactique ?

- Impacts d’astéroïdes

- Variations climatiques

Rotation du soleil dans notre galaxie

Période Bras spiral/Inter bras 50 Ma ?

Plan galactique

Le soleil (donc la Terre) traverserait ce plan tous les 26-31 Ma ?

Mouvement sinusoïdal par rapport au plan galactique

?

2 conséquences terrestres aux passages

dans les bras ou dans le plan galactique :

a) Les poussières y sont plus nombreuses, ce qui bloque les rayons lumineux et engendre des périodes plus froides.

b) Des perturbations plus nombreuses sur le nuage de Oort et les ceintures d’astéroïdes, d’où des impacts (météoritiques ou cométaires) plus nombreux.

astronomiquesCauses astronomiques … cf. système solaire

- Activité du soleil

- Variations des paramètres orbitaux de la Terre

- Variations climatiques

Activité du soleil

Les cycles solaires (cf. tâches solaires et inversions de champ magnétique) ont une période moyenne de premier ordre d’environ 11 ans.

Minimum de Maunders

Il existe un lien (mal connu) entre cycles solaires et climats terrestres (cf. minimum de Maunders au Moyen-âge)

Variations des paramètres orbitaux de la terre

- Excentricité de l’orbite

- Obliquité sur l’écliptique

- Précession des équinoxes

- Excentricité de l’orbite

Périodicité de 1er ordre : 95 000 ans

Périodicité de 2ème ordre : 400 000 ans

- Obliquité sur l’écliptique

Période principale : 41 000 ans

- Précession des équinoxes

Rotation de l’axe : période de 26 000 ans

La conséquence terrestre aux variations

des paramètres orbitaux de la terre :

Les cycles climatiques

Milankovitch a montré que l’interaction des trois paramètres (excentricité, obliquité, précession) était à l’origine des grands cycles climatiques de la terre (10 000 ans, 125 000 ans, 100 Ma)

Milankovitch, entre 1930 et 1940, n’a pas été suivi par l’ensemble de la communauté scientifique

Les nombreux carottages effectués dans les glaces arctiques et antarctiques ainsi que ceux effectués récemment dans le fond du Pacifique au nord des îles Salomon lui donnent maintenant raison.

Les périodes chaudes sont en jaune les froides en bleu.

% en isotopes 18 .

telluriquesCauses telluriques … cf. terre

- Magmatisme profond (cf. activité du noyau)

- Evolution géodynamique (cf. tectonique des plaques)

- Modifications paléogéographiques

- Variations eustatiques

- Modifications du chimisme des eaux

- Volcanisme de trapp

- Variations climatiques

Magmatisme profond

Activité réduite du noyau

Augmentation de volume de la couche D

Panaches mantelliques

Volcanisme intense de trapp

Variations climatiques

Evolution géodynamique

L’énergie accumulée au moment de l’accrétion de la terre doit se dissiper

Magmatisme/Volcanisme

Tectonique des plaques

Modifications paléogéographiques

Modifications climatiques

• magmatisme/volcanisme

• magmatisme de dorsale (formation de croûte océanique) responsable de la « dérive des continents »

biologiquesCauses biologiques …

- Variations climatiques

L’activité photosynthétique absorbe le CO2

Le développement de la forêt houillère au Carbonifère a diminué l’effet de serre et entraîné l’aridité permienne

Causes astrophysiques

Causes telluriques

Causes astronomiques

Causes biologiques

Causesinitiales

Causes principales Causessecondaires

Rotation galactique Oscillations

Activité solaire Paramètres orbitaux

Activité du noyau Evolution géodynamique

Exceptionnelles Classiques

Causes principalesLes causes principales sont de deux types :

Causes exceptionnelles

Causes classiques

Causes astrophysiques

Causes telluriques

Causes astronomiquesVariations

climatiques

Impactsd’astéroïdes

Modificationspaléogéographiques

Volcanismede trapp

Causes biologiques

Causesinitiales

Causes principales Causessecondaires

Rotation galactique Oscillations

Activité solaire Paramètres orbitaux

Activité du noyau Evolution géodynamique

Exceptionnelles Classiques

Causes exceptionnelles …

- Variations climatiques

Impacts d’astéroïdes

Volcanisme de trapp

Deux causes proposées suite à la découverte, à la limite K/T, d’une anomalie en iridium …

Deux causes aux effets induits quasi similaires … d’où une polémique …

Les effets induits …

Enormes quantités de poussières, gaz et aérosols …Obscurité …

refroidissement réchauffement

Modification du chimisme des eaux

baisse de productivité

cf. 18O

cf. 13Ccf. CaCO3

conditions anoxiques

Rupture de la chaîne trophique …

Ralentissement sévère (voire arrêt) de la photosynthèse

Extinctions différentielles …

Comment faire la part des choses ?

Impacts d’astéroïdes

Earth Impact Database

!

Tectites …Quartz choqués …

Magnétites nickélifères …

Cônes de pression …

Tsunamites …Brèches …

Diamants …Acides aminés …

Extinctions brutales …

Suie …

PREUVES DES IMPACTS …Cratère(s) …

Anomalies en iridium et autres métaux …

Onde de choc …

Tectites, microtectites, sphérules, larmes …

Quartz choqués

Magnétites nickélifères

Anomalies en iridium et autres métaux …

Anomalie positive en iridium …

mais couplée avec des anomalies négatives en chrome et nickel …

Micro-diamants …

… aux dépends du graphite des gneiss, quand la pression atteint 500 à 700 kb (cf. Popigaï, Ries, …)

Acides aminés …

... comme par exemple l’acide butyrique ou l’isovaline racémique … absents sur terre mais présents dans des chondrites …

Suie … Hydrocarbures aromatiques … Combustion d’arbres …

… embrasement de l’atmosphère par l’échauffement des particules projetées.

La température a pu monter localement à plus de 400° C … d’où des incendies de forêts

Ondes de choc …

… pouvant coucher la végétation (cf. Tunguska)

… en 1938, à 200 km …

… à plus de 20 km/s avec des vents à 500 km/h à plus de 1000 km de l’impact

Cônes de pression … … ou cônes de percussion (shatter cone)

Brèches …

… de dislocation

… de retombée

Tsunamites

L’hypothèse des impacts permet d’expliquer le caractère brutal de certaines extinctions

cf. spores/pollens

ainsi que les extinctions de masse par empoisonnement et gaz nocifs

La participation d’un (ou de plusieurs) impact(s) dans une crise est :

- confirmée pour la crise K/T- probable pour la crise fini-triasique- envisagée pour la crise fini-

dévonienne- envisagée pour la crise fini-permienne- envisagée pour une crise pré-

édiacarienne

poussières, aérosols, gaz dont CO2 et SO2

variations eustatiques (si domaine océanique)

modifications du chimisme des eaux

variations climatiques

Volcanisme de trapp

Pomerol, 492

Transgressions …

Extinctions progressives …

PREUVES DU VOLCANISME …

Trapps …

Anomalies en iridium et autres métaux …

Couche d’argile …

Absence d’inversion magnétique …

Anomalies en iridium et autres métaux …

Anomalie positive en iridium …

… mais couplée avec des anomalies positives en arsenic, antimoine (± zinc, cadmium, mercure, selenium, indium …)

Couche d’argile … (sans carbonates)

… qui pourrait provenir de l’altération de cendres volcaniques

Absence d’inversion magnétique …

Un volcanisme profond de type trapp est du à un déséquilibre à l’interface manteau/noyau, provoqué semble-t-il par une augmentation de volume de la couche D, ce qui ne pourrait intervenir qu’à la suite d’une activité réduite du noyau, ce qui peut être confirmé par l’absence d’inversion de champ magnétique

Transgressions …

D’énormes épanchements sous-marins entraînent, au moins localement, des montées du niveau marin

L’hypothèse d’un volcanisme intense de trapp permet d’expliquer le caractère progressif de certaines extinctions

La participation d’un volcanisme de trapp dans une crise est :

- confirmée pour la crise K/T- confirmée pour la crise fini-permienne

Sibérie (P/T)

Deccan (K/T)

Trapp du Deccan, limite K/T

Environ 500 000 km2 ( France)Plus de 1 million de km3

Parfois sur plus de 2000 m d’épaisseurPlusieurs phases sur 2 millions d’années

http://www.mantleplumes.org/WebDocuments/DeccanFig1Colour.pdf

Trapp de Sibérie, limite P/T

Environ 2 500 000 km2 ( 5 x France)1 million de km3

Parfois sur plus de 3700 m d’épaisseur

CO2

Métaux lourds et autres composés chimiques modifient la composition des sols, de l’air et de l’eau

Si épanchement en milieu océanique, chaleur, activité hydrothermale, volume des émissions, entraînent variations du niveau des mers, modifications topographiques et modification du chimisme des eaux

Volcanisme de super-volcans

ExplosionVEI 8

Ces super-volcans semblent peu nombreux

Taupo

Toba

Aira

Yellowstone

Valle GrandeLong Valley

??

Caldeira 100 x 60 km

Tambora – Lac Toba74 000 ans

Long Valley

Taupo

Yellowstone

L’implication de super-volcans dans des crises mineures est parfois évoquée …

- En Amérique du Nord, dans l’hécatombe, il y a 10 Ma, de plusieurs centaines de rhinocéros, chameaux, chevaux, tortues et lézards à Orchard (ensevelissement sous 2 m de cendres à plus de 1600km du super-volcan de Bruno-Jarbridge)

Or

BJ

- En Indonésie …

« Goulot d’étranglement », c’est-à-dire taille de la

population initiale …

Toba, Tambora74 000 ans

Causes classiques …

- Variations eustatiques

Variations climatiques

Modifications paléogéographiques majeures

- Modifications du chimisme des eaux

- Compétitions

Variations climatiques

Chaque espèce est adaptée à un intervalle bien précis de température

Une élévation des moyennes … ou un abaissement des températures peut donc être fatal, à l’échelle planétaire, pour un grand nombre d’espèces, du milieu marin comme du milieu continental

Une variation de température entraîne également, compte tenu de la zonation climatique latitudinale, des migrations de faunes

- refroidissement, migration des faunes septentrionales vers l’équateur

- réchauffement, migration des faunes équatoriales vers les zones tempérées

Compétitions Extinctions

Ainsi, dans le cas d’un refroidissement (glaciation réelle ou induite), on constate :

- La disparition d’un grand nombre de formes tropicales (intolérance au froid)

- La migration des faunes septentrionales vers l’équateur (recherche de l’optimum climatique) (compétitions accrues et disparition de certains groupes)

- La disparition d’un grand nombre de formes fixées compte tenu de l’abaissement du niveau marin- La disparition d’un certains nombre de formes compte tenu de la compétition accrue sur une plateforme réduite

Les variations climatiques terrestres dépendent

- de l’activité du soleil (cf. tâches solaires)

- de paramètres astrophysiques (cf. quantité de poussières, révolution du soleil)

- de paramètres astronomiques (cf. distance au soleil, obliquité, excentricité, précession : cycles de Milankovitch)

- de paramètres telluriques (cf. tectonique des plaques : cycles de Wilson)

- de paramètres biologiques (cf. forêt houillère puis aridité permienne)

Il y a donc eu 5 périodes de glaciation sur les derniers 650 000 ans

Les périodes chaudes sont en jaune, les froides en bleu.

% en isotopes 18 .

… et à plus grande échelle, des périodes de « green house » et de « ice house »

Les variations climatiques sont révélées :

- Par des critères paléontologiques

- Par des critères sédimentologiques …

- Par des critères physico-chimiques

Evaporites, carbonates, charbons, déserts, latérites, bauxites, argiles, tillites, sols polygonaux …

Phénomène récifal, association planctonique (cf. foraminifères), épaisseur des coquilles, répartition de la flore …

Isotopes 18O et 16O, isotopes du carbone, …

Les glaciations sont surtout révélées :

- Par les rapports isotopiques de l’oxygène

- Par la répartition des tillites

- Par la flore

- Par les migrations de faunes

- Par les rapports isotopiques du carbone

Répartition des tillites …

Migrations de faunes …

Rapports isotopiques de l’oxygène …

  Dans les glaces Dans les tests calcitiques

Période glaciaire 18O faible + 15O 18O > 0

Période inter glaciaire 18O moins faible + 16O 18O 0

Rapports isotopiques du carbone …

Flore …

Augmentation d’arbres à feuilles dentelées par rapport aux arbres à feuilles lisses

Les glaciations comme cause participative aux extinctions sont évoquées :

- pour la crise fini-ordovicienne- pour la crise fini-dévonienne- pour la crise K/T- pour les crises tertiaires

La tectonique des plaques, par le jeu des divergences et des convergences, peut :

- fragmenter des ensembles fauniques avec éventuellement disparition de groupes isolés

- rapprocher et mettre en compétition des groupes différents avec éventuellement disparition de certains d’entre eux (cf. grand échange inter-américain)

Modifications paléogéographiques majeures

- isoler des ensembles fauniques avec éventuellement diversification et radiation adaptative en l’absence de concurrents (cf. marsupiaux australiens)

Mais elle est également responsable :

- de la répartition des masses continentales (compacité/éclatement)

Modifications des circulations océaniques

Modifications des circulations atmosphériques

Modifications du climat

- de la surface des mers épicontinentales et des plateaux, par le jeu de la longueur et de la largeur …

- de l’orientation de ces surfaces …

Or il existe un lien entre surface et biodiversité

Et paradoxalement, il peut y avoir disparitions d’espèces terrestres dans le cas d’une augmentation de la surface des terres émergées

- de la position des supercontinents

Effet continental de glaciation si centré sur pôle

Effet continental d’aridité si centré sur équateur

Wilson a montré qu’il y a eu alternance

de regroupements et d’éclatements de super-continents

Le cycle en serait de 200-250 Ma (ou 400-500 Ma)

Pangea vers – 200 MaSuper-continent OrdovicienPannotia vers 600-650 MaRodinia vers 1,1 GaColumbia vers 1,5-1,8 Ga

Erosion

Modifications du chimisme des eaux

- de l’ouverture ou la fermeture de bassins

Transgressions, Erosion Variations eustatiques

- des orogénèses

Modifications du climat (par combinaison des silicates de calcium érodés avec le CO2

atmosphérique, d’où un effet de serre atténué et une baisse de T°)

Régressions, Ruissellement Modifications du chimisme des eaux

- du volcanisme accru (des dorsales, des arcs …) Emission de CO2

Modifications du climat (effet de serre accentué)

Plus la quantité de CO2 est élevée, plus la température augmente et plus il y a d'altération chimique (Walker, 1981).

Plus il y a d'altération chimique, plus la température baisse, plus la quantité de CO2 baisse, ce qui mène à des ères glaciaires (Raymo, 1997). 

L’influence du CO2 se ferait sur des périodes d’une centaine d’années

Il existe un lien climat-CO2-érosion

La tectonique des plaques et les modifications paléogéographiques sont évoquées :

- pour les crises édiacarienne et burgessienne …

- pour la crise intra-permienne …- pour la crise fini-triasique …- pour la crise Paléogène …

On peut encore évoquer :

- La fréquence des inversions du champ magnétique

La fréquence des inversions du champ magnétique

A chaque inversion la magnétosphère peut s’annuler et la terre n’est plus protégée des particules cosmiques, ce qui peut entraîner un accroissement des mutations.

Accroissement d’autant plus important que les particules ionisées entrant dans la stratosphère dissocieraient l’azote qui se combinerait avec l’oxygène pour donner des acides nitriques. Il en résulterait la destruction de la couche d’ozone, d’où le passage des ultraviolets.

Causes astrophysiques

Causes telluriques

Causes astronomiquesVariations

climatiques

Impactsd’astéroïdes

Modificationspaléogéographiques

Volcanismede trapp

Causes biologiques

Causesinitiales

Causes principales Causessecondaires

Rotation galactique Oscillations

Activité solaire Paramètres orbitaux

Activité du noyau Evolution géodynamique

Exceptionnelles Classiques

Causes secondairesLes causes secondaires

- Compétitions

- Variations eustatiques

- Modifications du chimisme des eaux

Causes astrophysiques

Causes telluriques

Causes astronomiquesVariations

climatiques

Impactsd’astéroïdes

Modificationspaléogéographiques

Volcanismede trapp

CompétitionsCauses biologiques

Causesinitiales

Causes principales Causessecondaires

Rotation galactique Oscillations

Activité solaire Paramètres orbitaux

Activité du noyau Evolution géodynamique

Variationseustatiques

Modificationsdu chimisme

des eaux

Exceptionnelles Classiques

Variations eustatiquesVariations eustatiques …

Les régressions, par le retrait des mers épicontinentales, restreignent l’extension des plateformes marines pour ne laisser qu’une frange étroite en bordure des continents

Extinction massive des organismes fixés

Réduction du nombre des niches écologiques, d’où compétition accrue, disparition de certains groupes

Modifications du chimisme des eaux (cf. ruissellement, érosion, lessivage, remise en circulation du carbone organique, oxydation, abaissement du C13, anoxie) Modifications climatiques par augmentation des surfaces émergées

Les régressions dépendent

- des refroidissements climatiques (cf. glaciations)

- de la tectonique des plaques (cf. fermeture de bassins; cf. ouverture de bassins; cf. apparition de grands

fonds océaniques)

Les transgressions, par la montée du niveau des eaux, entraînent une activation de l’érosion

Modifications du chimisme des eaux (érosion …)

Modifications climatiques par diminution des surfaces émergées

Extinction d’organismes fixés « noyés »

Les transgressions dépendent

- des réchauffements climatiques (cf. …)

- de la tectonique des plaques (cf. fermeture de bassins; cf. augmentation du volume des dorsales; cf. grands épanchements volcaniques sous-marins)

Les variations eustatiques ont joué un rôle :

- dans la crise permo-triasique …- dans la crise K/T …

… et dans de nombreuses extinctions de moindre importance

Modifications du chimisme des eaux

Modifications du chimisme des eaux …

Nous avons déjà vu que cela pouvait être du :

- à l’érosion (orogénèses, régressions …)

- au volcanisme (dorsales, épanchements …)

- au développement des végétaux (plantes vasculaires du Dévonien, forêts houillères du Carbonifère …)

… mais aussi à l’augmentation de la teneur en CO2 de l’atmosphère, ce qui entraîne une diminution de la teneur en O2 de l’eau

… d’où le développement de conditions anoxiques :

- schistes noirs sans carbonates (car augmentation de CO2 dissous + refroidissement dissolution des carbonates)

- précipitations de métaux (pyrite, sulfures,

césium, lanthane …) plus ou moins favorisées par les algues (cf. amas lamellaires)

Ces faciès noirs anoxiques (OAE, Oceanic Anoxic Events) sont surtout connus au Cambrien inférieur, au Dévonien supérieur et au Crétacé inférieur

… ainsi qu’à la teneur en calcium.

Celui-ci provient à la fois des continents mais aussi de l’hydrothermalisme … d’où plus ou moins de biocalcification, d’organismes récifaux et de plate-formes carbonatées … qui jouent un rôle dans l’absorption du CO2 …

… ou à la salinité de l’eau

Aridité, évaporites, baisse de la salinité (cf. Permien) …

… et extinction des organismes sténohalins comme ceux du milieu récifal

CompétitionsCompétitions …

Elles sont importantes :

- à la limite Primaire/Secondaire(cf. déclin des brachiopodes au profit des lamellibranches)(cf. amphibiens au profit des reptiles)

- à la limite Eocène/Oligocène (cf. grande

coupure)(cf. renouvellement complet des formes archaïques de mammifères … cf. plésiadapiformes …)

- à la limite Pliocène/Pléistocène (cf. grand

échange) (cf. disparition des mammifères d’Amérique du Sud suite à l’envahissement par les faunes d’Amérique du Nord)

Causes astrophysiques

Causes telluriques

Causes astronomiquesVariations

climatiques

Impactsd’astéroïdes

Modificationspaléogéographiques

Volcanismede trapp

CompétitionsCauses biologiques

Causesinitiales

Causes principales Causessecondaires

Rotation galactique Oscillations

Activité solaire Paramètres orbitaux

Activité du noyau Evolution géodynamique

Variationseustatiques

Modificationsdu chimisme

des eaux

Exceptionnelles Classiques

On peut encore évoquer …

- l’intensité du champ magnétique

ConclusionEn résumé …

Références

1) Francis Lethiers (1998) - Evolution de la biosphère et événements géologiques, Gordon and Breach Science Publishers, 321 p., 224 fig.