Extinction des espèce - geologie randonneurs
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Extinction des dinosaures et évolution d’autres espèces Evolution des dinosaures : Oviraptoridae caudipteryx, dinosaure à plumes. (Reconstitution hypothétique des couleurs du plumage). Comment aborder un problème scientifique complexe. Exemple : les grandes extinctions de l’histoire de la Terre. Attention aux idées toutes faites et séduisantes : Exemple : attention à l’astéroïde, même si l’idée est attrayante mais les dinosaures ont mis + 2 Ma pour disparaître ! Très important, il faut : - dépassionner l’approche du problème, - examiner les idées des autres, ne pas tout organiser autour des siennes, - avoir une démarche rigoureuse, - rester dans les faits avérés, - etc. D’après Sam EB Unice Chapitre 1 Regards sur l’évolution des espèces et la biodiversité Qui suis-je ? Rencontre insolite entre l’homme et l’un de ses très vieux ancêtres ! Bizarrerie de l’évolution nageoires « charnues » = animal à pattes nageoires «rayonnantes» = poisson Disparus les dinosaures ? Biodiversité Une infinité d’êtres chaîne interdépendante. formant une Diversité infinie des espèces, de la plus petite à la plus grande ! Processus d’ évolution . Espèce existante Nouvelle espèce Espèce qui va se transformer Evolution de la biodiversité Les extinctions massives Depuis que la vie est apparue sur Terre il y a eu six épisodes majeurs d'extinction : 1 : 500 Ma, l'extinction du Cambrien a éliminé les trilobites. 2 : 440 Ma, Ordovicien : grande glaciation et recul de la mer 3 : 365 Ma, Dévonien : élimination de 70 % des espèces sur une période d'environ 3 Ma. 4 : 245 Ma, extinction massive du Permien : 95 % de la vie marine et 70 % des espèces terrestres 5 : 200 Ma, extinction du Trias-Jurassique : 75 % des espèces marines, 35 % des familles d’animaux. 6 : 65 Ma, les extinctions du Crétacé éliminent 50 % des espèces, dinosaures non-aviens compris. 7: l’extinction de l'Holocène est provoquée par la colonisation de la planète par l'être humain. On connaît des extinctions moins massives : Milieu du Trias, il y a 225 Ma, élimine une forte proportion des reptiles mammaliens alors dominants, et laisse le champ libre aux dinosaures. Modification profondes des chaines alimentaires affectant les espèces de manière différente Risque provenant des modifications de l’environnement biologique : ex température. Risque de dégénérescence par excessive consanguinité. Importance des chaînes alimentaires : qui mange qui Energie Consommateurs Producteurs Super prédateur Si un maillon vient à disparaitre, la chaîne entière est menacée Exemple de processus d’extinction par rupture de la chaîne alimentaire Aigle géant de Haast attaquant des moas de Nouvelle-Zélande : l'extinction des moas suite à leur prédation par l'homme a entrainé la disparition de cette espèce d'aigle rupture de chaîne alimentaire Illustration des principaux événements géologiques avec les espèces correspondantes Les chaînes de montagnes sont liées au cycle de Wilson : rassemblement, collision apparition des chaînes fragmentation Chapitre 2 La disparition des dinosaures et la grande extinction KT Note : KT = Crétacé Tertiaire Fin de l’ère secondaire, début de l’ère tertiaire 65 millions d’années Disparition de 50% des espèces dont les dinosaures Oiseaux Lignée aboutissant aux mammifères, dont l’Homme Les dinosaures Le terme « dinosaure » a été créé par le paléontologue britannique Richard Owen et signifie en grec « lézard terrible ». Les dinosaures sont des reptiles. Une caractéristique importante est leur température corporelle variable. Diplodocus Un petit dinosaure du sous-ordre des théropodes, vieux de 155 millions d'années, recouvert de plumes et qui avait quatre ailes au lieu de deux, a été découvert en Chine. (annonce du célèbre paléontologue chinois Xing Xu dans la revue Nature) Réflexions : - attention aux faux fossiles qui peuvent induire de fausses théories ! - attention aux idées toutes faites pour conforter ce qu’on pense ! - attention : c’est un vaste et difficile domaine ! Disparition des dinosaures : différentes hypothèses Concurrence avec les mammifères ? Le volcanisme ? Chute d’objets ? Autres solutions : Dégénérescence génétique Maladies, empoisonnement Inversion du champ magnétique Diminution du taux d’oxygène Etc etc Pourquoi les dinosaures ont-ils disparu ? changements des conditions de vie Mais, qu’est-ce qui a provoqué ces changements ? - 1. La grande régression marine ? - 2. La météorite de Chixculub ? - 3. Le volcanisme ? 1. La régression marine Habitat lacustre de dinosaures (bassin d’Aix en Provence) La régression marine affecte les grands espaces marécageux 1. La régression marine Plateau continental : concentration de la vie Zone marécageuse Zone récifale Zone abyssale Une faible variation du niveau marin peut mettre en danger la vie sur le plateau continental 1. La régression marine Tectonique : fin Crétacé (4 Ma) les plateformes où vivent les dinosaures disparaissent Mais l’extinction KT concerne : - beaucoup plus d’espèces - période plus courte - zones très vastes Hypothèse insuffisante, ne semble pas pouvoir expliquer l’extinction KT. 2. La météorite 2. La météorite Impact (Chixculub): quartz choqués, iridium, etc Trapps: échelle de temps très différente Effet sur le climat : gigantesques projections d’aérosols et de poussières obscurcissement du ciel reptiles photosynthèse rupture des chaînes alimentaires Mais durée beaucoup trop brève : Il est probable que la chute de la météorite est contemporaine de la période d’extinction. 200 km Trace du cratère de Chixculub au Mexique. Diamètre: 200 km, 64 Ma, bolide de 10 km de diamètre (image obtenue par gravimétrie) 3. Le volcanisme Trapps du Deccan partie occidentale de l’Inde : évènement volcanique majeur de l’histoire de la Terre (V. Courtillot) Certaines coulées atteignent des dizaines de milliers de km2, leur volume dépasse 10 000 km3, leur épaisseur 150 mètres. L’épaisseur totale dépasse 2400 mètres. Dossier inspiré de la thèse de Vincent Courtillot, directeur de l’Institut de physique du globe à Paris 3. Le volcanisme SO2 particule réfléchissante CO2 gaz à effet de serre Réfléchissement du rayonnement par SO2 Destruction de l’ozone par SO2 Cendres Poussières et particules sulfureuses dans la stratosphère CO2, SO2, particules volcaniques Point chaud Pluies acides Rayonnement atténué Atteinte de la biosphère Etape 1 Refroidissement climatique Plancton Tout ça n’est pas simple ! Interactions très complexes de nombreux phénomènes : SO2 : rôle important du soufre, réchauffement à court terme, pluies acides SO4 : altération des basaltes CO2 : réchauffement à long terme ClH : attaque la couche d’ozone Etape 2 Effet de serre important Chapitre 3 Trapps et points chauds Trapps = zones recouvertes d’énormes couches de basalte liés à un gigantesque volcanisme de point chaud mis en cause dans les processus d’extinction des espèces Les points chauds Plaque mobile Panache fixe Point chaud : « panache » provenant du manteau inférieur ( ~ 2900 km ), montant vers la surface. Les roches entrent en fusion volcan. Le point chaud est fixe alors que les plaques sont mobiles chapelets de volcans Trapps et points chauds Les roches issues des points chauds sont généralement des basaltes d'îles océaniques. Trapps du Deccan Epaisseur 2 km Conclusion 1. Grande régression marine : ne peut expliquer l’extinction brutale des dinosaures. 2. La météorite a percuté la Terre probablement pendant la période de l’extinction des dinosaures. Mais effet ponctuel : extinction KT de toutes les espèces ? Autres extinctions : pas de météorite (connue) 3. Volcanisme de trapps : a tous les éléments pour expliquer KT: - la durée - la généralité du phénomène - les conséquences techniques 4. Dans le cas de l’extinction KT, il est probable qu’il y eut conjonction de plusieurs événements (météorite, trapps). Avec les trapps on a vu le volcanisme acteur des extinctions. C’est une dynamique endogène de la Terre. On va voir maintenant une dynamique exogène : la répartition de la chaleur du soleil. Chapitre 4 La tectonique des plaques acteur de l’évolution des espèces 300 Ma 150 Ma La disposition des continents joue un rôle fondamental dans le climat : circulation des masses d’eau et d’air température, humidité, etc. glaciations époques tropicales, etc Fonction de la tectonique des plaques, elle est très variable selon les périodes. Des espèces vont disparaitre et seront remplacées par d’autres. Influence de la tectonique sur les courants marins et le climat Panama ouvert + Téthys ouverte Circulation équatoriale Direction Est – Ouest Répartition des zones chaudes et froides très différenciée entre Nord et Sud Il fait très froid aux pôles et chaud à l’équateur. De – 65 Ma à – 55 Ma Panama fermé + Téthys fermée Circulation méridienne Gulf Stream Direction Nord - Sud Egalisation des zones chaudes et froides Moins de différence de température entre Nord et Sud. La modification du positionnement des continents et des canaux de circulation modifie profondément les conditions de vie des espèces : extinctions et évolutions Influence de la tectonique sur les courants marins et le climat Pôle Sud - 90 Ma actuel Exemple de l’Antarctique - 90 Ma : l’Antarctique est relié à l’Amérique du Sud végétation en Antarctique dinosaures en Australie et Antarctique : un seul continent, fossiles (site de Dinosaur Cove) Actuellement : l’ouverture du passage de Drake, au sud de l’Amérique, il y a 23 Ma Mise en place du courant circumpolaire d’ouest en est Chute de la température de la mer de 10 °C ; refroidissement du climat global Formation de la calotte polaire Pingouins Influence de la tectonique sur les courants marins et le climat : le Gulf Stream Climat tempéré Climat glacial 65° N Eaux froides Climat glacial Groenland Eaux chaudes climat tempéré Le Gulf Stream amène en surface les eaux chaudes des zones tropicales qui tempèrent le climat côté Europe. Elle se refroidissent (Groenland), génèrent un climat glacial côté Amérique. Exemple : le bœuf musqué (famille des caprinés) Colonise l’hémisphère Nord pendant les glaciations de l'Holocène (- 10 000 ans) Eteint dans l’Ancien Monde il y a 2 000 ans environ, suite au réchauffement du climat local. Occupe l'extrême nord américain et le Groenland. Mammouth laineux. Disparition suite au réchauffement climatique. Vivait en zones froides, Sibérie et détroit de Béring, il y a 12 000 ans. La modification du positionnement des continents et des canaux de circulation modifie profondément les conditions de vie des espèces : extinctions évolutions Toutes les espèces sont affectées Chapitre 5 Une nouvelle extinction massive de grande ampleur sous nos yeux ? On a vu 2 processus d’extinction des espèces fondés sur la géologie de la Terre. Mais un nouveau processus apparait : l’extinction anthropique. L’action de l’homme génère une nouvelle d’extinction en détruisant la biodiversité. Homo Sapiens est-il concerné ? Quelle évolution ? forme Tous les ans, plus de 20 000 espèces disparaissent sur la planète, flore et faune Acteur principal : l’homme Actions principales : destructions et déséquilibres Destruction de la biodiversité Forte dynamique du système amplification de la démarche échec des tentatives de réduction Le système a-t-il la capacité de réagir ? Biodiversité Une infinité d’êtres chaîne interdépendante. formant une Diversité infinie des espèces, de la plus petite à la plus grande ! + + + + Evolution de la biodiversité Pêche artisanale N’épuise pas la ressource Pêche industrielle Détruit les ressources marines Objet de gaspillages gigantesques Environ 30 millions de tonnes, soit près de 30 % de tout ce qui est pêché, est rejeté mort par-dessus bord car non conforme. Massacre aveugle d’une faune large et essentielle. Pour toutes les espèces : apparition évolution disparition Dans ce schéma, où en est l’homme ? Charles Darwin Son livre : « L’ Origine des espèces » (1859) fonde la théorie de l’évolution. Il a découvert l’extraordinaire diversité biologique du monde, source d’évolutions. Ce n’est pas l’individu qui se transforme mais l’espèce qui s’adapte. La biodiversité est source de vie sur la Terre. Homme comportement prédateur s’attaque à la biodiversité source de vie Exemple : Faut – il éradiquer le loup et tous les gêneurs ? Sur le court terme Les éleveurs veulent éradiquer le loup pour cause de gène dans leur activité. il y a une très grande difficulté à appréhender le fait que le court terme n’est pas la généralité. Sur le long terme et la biodiversité Le loup est un prédateur ultime. Mais éliminer le loup c’est rompre un maillon de la biodiversité. il y a une grand difficulté à accepter l’idée que la perte de diversité est néfaste pour les espèces. Quelles conséquences ? Déséquilibres (ex : loups et caribous au Canada, loups et forêt à Yellowstone, etc ). Déstabilisation de la chaine de diversité et prolifération d’espèces invasives. Pourtant le prédateur ultime se régule tout seul dans une nature en équilibre. Claude Lévi-Strauss Son livre « Tristes tropiques » (1955) relate l’appauvrissement très rapide de la diversité ethnographique des sociétés. Outre de s’attaquer aux ressources naturelles, l’homme s’attaque à sa propre diversité. Ethnie disparue (Amazonie) Civilisation disparue (Australie) Paradoxe : la démographie est galopante : 1,6 milliard en 1900, 7 en 2013. Actuellement, c’est la survie même de notre espèce, Homo Sapiens, qui pourrait être en jeu (attention aux échelles de temps). ? Alors, faut il éradiquer les loups ? les requins ? les ours ? Les moustiques ? Et tout ce qui gène ? Après tout pourquoi pas ? Bien sûr, ensuite, nous serons tranquilles, mais notre espèce pourrait être en danger. L’homme peut-il s’arroger le droit de modifier l’équilibre des espèces ? Mesure-t-il quelles en seront les conséquences ? Vaste réflexion. Mythe ou réalité : le Déluge et l’Arche de Noé La mythologie est tenace : le Déluge est présent dans la mémoire collective des peuples de la Méditerranée et d’ailleurs. Mythe? Réalité? Le mythe dit que Noé a sauvé tous les animaux dans un bateau qui, à la fin du Déluge, s’est échoué sur le mont Ararat en Turquie (qui culmine quand même à 5165 m !!! ). Conclusion Les dinosaures ont disparu à la suite d’un épisode volcanique gigantesque (Thèse Vincent Courtillot) La géologie est un acteur important dans l’évolution des espèces et de la biodiversité L’homme sera-t-il acteur dans la disparition de sa propre espèce en modifiant la biodiversité ? Annexes Les extinctions massives au cours des périodes géologiques KT (Crétacé – Tertiaire) 65 millions d’années, 50 % des espèces dont les dinosaures PT (Permien – Trias ) 251 millions d’années 95 % des espèces marines 70 % des espèces terrestres Après chaque extinction, il y a explosion de la vie Les extinctions massives Depuis que la vie est apparue sur Terre il y a eu six épisodes majeurs d'extinction : 1 : 500 Ma, l'extinction du Cambrien a éliminé les trilobites. 2 : 440 Ma, Ordovicien : grande glaciation et recul de la mer 3 : 365 Ma, Dévonien : élimination de 70 % des espèces sur une période d'environ 3 Ma. 4 : 245 Ma, extinction massive du Permien : 95 % de la vie marine et 70 % des espèces terrestres 5 : 200 Ma, extinction du Trias-Jurassique : 75 % des espèces marines, 35 % des familles d’animaux. 6 : 65 Ma, les extinctions du Crétacé éliminent 50 % des espèces, dinosaures non-aviens compris. 7: l’extinction de l'Holocène est provoquée par la colonisation de la planète par l'être humain. On connaît des extinctions moins massives : Milieu du Trias, il y a 225 Ma, élimine une forte proportion des reptiles mammaliens alors dominants, et laisse le champ libre aux dinosaures. Modification profondes des chaines alimentaires affectant les espèces de manière différente Risque provenant des modifications de l’environnement biologique : ex température. Risque de dégénérescence par excessive consanguinité. 5 crises majeures Nombre de familles Liens entre le cycle de Wilson et les extinctions massives - 600 - 800 - 400 - 200 Temps en Ma Durée : 1 Ma 90% des espèces marines + grand événement des 500 Ma S = 2 000 000 km² H = 1 km Camp 80% des espèces S = 500 000 km² H = 2km Corrélations et interrogations Pangée Fracturation de la Pangée Fin de l’ère secondaire Début du rassemblement Fracturation de Rodinia Fin de l’ère primaire Observations : les grands événements tectoniques du cycle de Wilson sont synchrones avec les grandes crises biologiques. http://jeanvilarsciences.free.fr/?page_id=667 « La vie en catastrophe » par Vincent Courtillot (Fayard) « Tristes tropiques » par Claude Lévi-Strauss (Pocket) « Comment la vie a commencé » par Alexandre Meinesz (Belin pour la science) « De Darwin à Lévi-Strauss et la diversité en danger » de Pascal Picq (Ed Odile Jacob) Robert_2009_conf_crises.pdf Cours de Fac L1, Samyr El Bedoui , 2007 Article sur le climat , Lave n° 162, mai 2013, par M. Detay Projet Gombessa Les extinctions massives Depuis que la vie est apparue sur Terre il y a eu six épisodes majeurs d'extinction : 1 : 500 Ma, l'extinction du Cambrien a éliminé les trilobites. 2 : 440 Ma, Ordovicien : grande glaciation et recul de la mer 3 : 365 Ma, Dévonien : élimination de 70 % des espèces sur une période d'environ 3 Ma. 4 : 245 Ma, extinction massive du Permien : 95 % de la vie marine et 70 % des espèces terrestres 5 : 200 Ma, extinction du Trias-Jurassique : 75 % des espèces marines, 35 % des familles d’animaux. 6 : 65 Ma, les extinctions du Crétacé éliminent 50 % des espèces, dinosaures non-aviens compris. 7: l’extinction de l'Holocène est provoquée par la colonisation de la planète par l'être humain. On connaît des extinctions moins massives : Milieu du Trias, il y a 225 Ma, élimine une forte proportion des reptiles mammaliens alors dominants, et laisse le champ libre aux dinosaures. Modification profondes des chaines alimentaires affectant les espèces de manière différente Risque provenant des modifications de l’environnement biologique : ex température. Risque de dégénérescence par excessive consanguinité. Éléments factuels entre les supercontinents et le climat Rétroaction igloo igloo serre par H2O serre igloo serre T° Courbes Géocarb Émission CO2 Rétention CO2 Absorption bio Épisode volcanique CAMP CO2 courbe Géocarb II Niveau actuel CO2 = 340 ppm. Rodinia « boule de glace » CO2 = 250 ppm (géoclim) Émission CO2 Rodinia Rétention CO2 Pangée Fragmentation de Pangée Pré cambrien Paléozoïque Absorption sédimentaire. Mésozoïque Note : les incertitudes affectant les dates des événements et la marge d’erreur dans les courbes CO2 et la température doivent être prises en compte (dossier maurice moine ) Aspirateur Tibétain : interaction géographie - océan Le relief et le positionnement sur la planète jouent un rôle important dans le climat : exemple de l’aspirateur tibétain. La chaîne himalayenne est une barrière physique. Le plateau tibétain est désertique et situé à une altitude de plus de 4000 mètres en zone tropicale, donc chaude. L’air surchauffé est moins dense et s’élève en altitude. Il est remplacé par de l’air provenant de l’océan Indien chargé d’humidité qui bute sur la chaîne himalayenne et s’élève. En s’élevant, la pression baisse et provoque un changement de phase la vapeur d’eau devient eau liquide : c’est la mousson. C’est le cas du couplage océan – continent. Echelle stratigraphique Et les autres trapps? Ont-il provoqué des extinctions massives ? Non ? Alors pourquoi ? Il existe des extinctions mineures. Facteurs limitants : - importance des émissions volcaniques - conditions géographiques : - disposition des continents - niveau des mers - climat Effet des rétroactions positives ou négatives mineures, non déterminées, limitant l’impact sur la planète. Exemple de déstabilisation extrême du climat Rodinia ou la Terre « boule de neige » (snow ball). Tectonique 700 millions d’années Supercontinent Rodinia Fracturation pluies tropicales intenses lessivage des basaltes chute du CO2,refroidissement augmentation de la calotte glaciaire augmentation de l’albédo chute de la température C’est l’effet amplificateur (divergence). Si glace de mer atteint 30° de latitude emballement du phénomène dépassement du seuil critique de stabilité L’évolution devient irréversible et toute la Terre est englacée, jusqu’à l’équateur. (Cf CNRS, modèle GEOCLIM) Que deviennent les espèces vivantes ? La tectonique ne s’arrête pas pour autant. La fracturation des continents continue, génère de la chaleur et du volcanisme CO2 la Terre se réchauffe Explosion de la vie Impact du volcanisme de trapps sur la biodiversité Emission de poussières et d’ aérosols Emission de SO2 Refroidissement bref Emission de CO2 Réchauffement global Coulées de lave ? ? Altération des continents Interactions très complexes Attention aux échelles de temps Extinctions et développement des espèces marines et terrestres Essai de synthèse de l’article de la revue LAVE de mai 2013 sur l’impact du volcanisme sur le climat Effet de serre. Gaz : H2O, CO2, SO2, CH4, N2O, O3. Rétroaction positive : si teneur CO2 augmente réchauffement troposphère augmentation évaporation des océans augmentation H2O accroissement effet de serre. Rétroaction négative : si accroissement de la température développement de la végétation diminution du CO2 par photosynthèse diminution effet de serre. Autre exemple : volcanisme source de CO2 mais altération des basaltes puits de CO2. L’ interaction de ces phénomènes est complexe. Gaz volcaniques : CO2, SO2 aérosols avec SO4H2 si haute altitude impact sur le climat Volcanisme Supervolcans : cendres, aérosols opacité atmosphère Mégacoulées Homo habilis 2 millions d’années Neandertal Humo sapiens Trapp CAMP Trapp CAMP (Province Magmatique Centre Atlantique). Ouest Afrique et Est Amérique du Sud sans point chaud associé mais liés au rifting de la dorsale atlantique. Volume énorme (6 millions de km3 de lave), surface gigantesque mais pas d’extinction massive directement associée. Limite Trias Jurassique et extinction possible. Les causes d’extinction d’une espèce • Causes naturelles • Introduction d’une espèce • Sur-exploitation (chasse, pêche, etc) • Altération ou destruction de l’habitat • Perturbations anthropiques • Collections et souvenirs
