Supercontinents et émissions de carbone d’origine volcanique

Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont constaté que ce sont les mouvements des supercontinents au cours de centaines de millions d’années qui contrôlent les émissions de carbone d’origine volcanique. Les résultats, qui figurent dans la revue Science, pourraient conduire à une réinterprétation de la façon dont le cycle du carbone a évolué au cours de l’histoire de la Terre et sur son incidence sur l’évolution de l’habitabilité de notre planète.
Les chercheurs ont utilisé des mesures de carbone et d’hélium provenant de plus de 80 volcans dans le monde afin d’en déterminer l’origine. Le carbone et l’hélium émis par les volcans peuvent provenir des profondeurs de la Terre ou être recyclés près de la surface. La mesure de l’empreinte chimique de ces éléments peut déterminer leur source. Lorsque l’équipe scientifique a analysé les données, elle a constaté que la majeure partie du carbone émis par les volcans est recyclée près de la surface, contrairement aux hypothèses antérieures selon lesquelles le carbone provenait de l’intérieur de la Terre.
Au cours des millions d’années écoulées, les cycles du carbone ont oscillé entre les profondeurs de la Terre et sa surface. Le carbone est retiré de la surface à partir de processus qui permettent à l’oxygène atmosphérique de se développer. Les volcans permettent au carbone de revenir à la surface, bien que la quantité produite représente moins d’un centième  des émissions de carbone provoquées par l’activité humaine. Aujourd’hui, la majeure partie du carbone émis par les volcans est recyclée près de la surface, mais il est peu probable que ce fût toujours le cas.
Les volcans se forment le long d’arcs insulaires ou continentaux, là où les plaques tectoniques entrent en collision et où une plaque glisse sous  une autre, comme les Andes d’Amérique du Sud ou les volcans italiens. Ces volcans ont des empreintes chimiques différentes: les volcans d’arc insulaire émettent moins de carbone en provenance des profondeurs du manteau, tandis que les volcans d’arc continental émettent beaucoup plus de carbone en provenance de la surface.
Au cours des centaines de millions d’années écoulées, la Terre a connu des périodes où les continents se sont rapprochés ou se sont éloignés les uns des autres. Ce mouvement de va et vient a modifié, au cours des temps géologiques, l’empreinte chimique du carbone qui arrive à la surface de la Terre. On peut la mesurer au travers des différents isotopes du carbone et de l’hélium.
Les variations d’isotopes – ou d’empreinte chimique – du carbone sont généralement mesurées dans le calcaire. Les chercheurs avaient déjà pensé que la seule chose susceptible de modifier l’empreinte carbone dans le calcaire était la production d’oxygène atmosphérique. En tant que telle, l’empreinte isotopique du carbone dans le calcaire était utilisée pour interpréter l’évolution de l’habitabilité à la surface de la Terre. Les résultats proposés par l’équipe de chercheurs de Cambridge indiquent que les volcans ont joué un rôle plus important dans le cycle du carbone qu’on le croyait précédemment, et que les hypothèses antérieures doivent être reconsidérées.
Un bon exemple réside dans le Crétacé, il y a 144 à 65 millions d’années. Au cours de cette période, il y a eu une augmentation importante de la proportion d’isotopes de carbone trouvés dans le calcaire, ce qui a été interprété comme une augmentation de la concentration d’oxygène atmosphérique. Cette augmentation de l’oxygène atmosphérique a été liée à la prolifération des mammifères à la fin du Crétacé. Cependant, les résultats de l’équipe scientifique de Cambridge montrent que l’augmentation de la proportion d’isotopes de carbone dans le calcaire serait davantage due dans sa quasi totalité à des modifications dans les types de volcans à la surface de la Terre.
Source: Université de Cambridge.

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Researchers from the University of Cambridge have found that the formation and breakup of supercontinents over hundreds of millions of years controls volcanic carbon emissions. The results, reported in the journal Science, could lead to a reinterpretation of how the carbon cycle has evolved over Earth’s history, and how this has impacted the evolution of Earth’s habitability.
The researchers used existing measurements of carbon and helium from more than 80 volcanoes around the world in order to determine its origin. Carbon and helium coming out of volcanoes can either come from deep within the Earth or be recycled near the surface, and measuring the chemical fingerprint of these elements can pinpoint their source. When the team analysed the data, they found that most of the carbon coming out of volcanoes is recycled near the surface, in contrast with earlier assumptions that the carbon came from deep in the Earth’s interior.

Over millions of years, carbon cycles back and forth between Earth’s deep interior and its surface. Carbon is removed from the surface from processes which allows atmospheric oxygen to grow at the surface. Volcanoes are one way that carbon is returned to the surface, although the amount they produce is less than a hundredth of the amount of carbon emissions caused by human activity. Today, the majority of carbon from volcanoes is recycled near the surface, but it is unlikely that this was always the case.

Volcanoes form along large island or continental arcs where tectonic plates collide and one plate slides under the other, such as the Andes of South America or the volcanoes throughout Italy. These volcanoes have different chemical fingerprints: the island arc volcanoes emit less carbon which comes from deep in the mantle, while the continental arc volcanoes emit far more carbon which comes from closer to the surface.

Over hundreds of millions of years, the Earth has cycled between periods of continents coming together and breaking apart. This back and forth changes the chemical fingerprint of carbon coming to Earth’s surface systematically over geological time, and can be measured through the different isotopes of carbon and helium.
Variations in the isotope ratio, or chemical fingerprint, of carbon are commonly measured in limestone. Researchers had previously thought that the only thing that could change the carbon fingerprint in limestone was the production of atmospheric oxygen. As such, the carbon isotope fingerprint in limestone was used to interpret the evolution of habitability of Earth’s surface. The results of the Cambridge team suggest that volcanoes played a larger role in the carbon cycle than had previously been understood, and that earlier assumptions need to be reconsidered.

A great example of this is in the Cretaceous Period, 144 to 65 million years ago. During this time period there was a major increase in the carbon isotope ratio found in limestone, which has been interpreted as an increase in atmospheric oxygen concentration. This increase in atmospheric oxygen was causally linked to the proliferation of mammals in the late Cretaceous. However, the results of the Cambridge team suggest that the increase in the carbon isotope ratio in the limestones could be almost entirely due to changes in the types of volcanoes at the surface.

Source: University of Cambridge.

Processus de circulation du carbone dans les zones de subduction (Source : Université de Cambridge)

 

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