Extinction du Dévonien tardif - Late Devonian extinction

Intensité d'extinction.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Intensité de l'extinction marine au Phanérozoïque
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Il y a des millions d'années
Intensité d'extinction.svgCambrian Ordovician Silurian Devonian Carboniferous Permian Triassic Jurassic Cretaceous Paleogene Neogene
Comparaison des trois épisodes d'extinction de la fin du Dévonien (fin D) à d'autres événements d'extinction de masse dans l'histoire de la Terre . L'intensité de l'extinction est tracée, calculée à partir des genres marins .
Vue latérale d'un stromatoporoïde montrant des lames et des piliers ; Calcaire de Columbus (Dévonien) de l'Ohio

L' extinction du Dévonien supérieur se composait de plusieurs événements d'extinction dans le Dévonien supérieur Epoch , qui représentent collectivement l' un des cinq plus grands événements d'extinction de masse dans l'histoire de la vie sur Terre. Le terme fait principalement référence à une extinction majeure, l' événement Kellwasser (également connu sous le nom d'extinction Frasnien-Famennien), qui s'est produit il y a environ 372 millions d'années, à la frontière entre le stade Frasnien et le stade Famennien , le dernier stade de la période dévonienne . Dans l'ensemble, 19 % de toutes les familles et 50 % de tous les genres ont disparu. Une deuxième extinction de masse, l' événement Hangenberg (également connu sous le nom d'extinction de la fin du Dévonien), s'est produite il y a 359 millions d'années, mettant fin au Famennien et au Dévonien, alors que le monde passait à la période carbonifère .

Bien qu'il soit bien établi qu'il y a eu une perte massive de biodiversité au Dévonien supérieur, la durée de cet événement est incertaine, avec des estimations allant de 500 000 à 25 millions d'années, s'étendant du Givétien moyen à la fin du Famennien. Certains considèrent que l'extinction se compose de sept événements distincts, répartis sur environ 25 millions d'années, avec des extinctions notables à la fin des stades Givétien , Frasnien et Famennien .

À la fin du Dévonien, la terre avait été colonisée par des plantes et des insectes . Dans les océans, des récifs massifs ont été construits par des coraux et des stromatoporoïdes . Euramerica et Gondwana commençaient à converger vers ce qui allait devenir la Pangée . L'extinction semble n'avoir affecté que la vie marine . Les groupes durement touchés comprennent les brachiopodes , les trilobites et les organismes constructeurs de récifs ; ce dernier a presque complètement disparu. Les causes de ces extinctions ne sont pas claires. Les principales hypothèses incluent les changements du niveau de la mer et l' anoxie océanique , éventuellement déclenchés par le refroidissement global ou le volcanisme océanique. L'impact d'une comète ou d'un autre corps extraterrestre a également été suggéré, comme l' événement Siljan Ring en Suède. Certaines analyses statistiques suggèrent que la diminution de la diversité a été causée plus par une diminution de la spéciation que par une augmentation des extinctions. Cela pourrait avoir été causé par des invasions d'espèces cosmopolites, plutôt que par un événement unique. Les placodermes ont été durement touchés par l'événement de Kellwasser et ont complètement disparu lors de l'événement de Hangenberg, mais la plupart des autres vertébrés à mâchoires ont été moins fortement touchés. Les Agnathans (poissons sans mâchoire) étaient en déclin bien avant la fin du Frasnien et ont été presque anéantis par les extinctions.

Les événements d'extinction se sont accompagnés d'une anoxie océanique généralisée ; c'est-à-dire un manque d'oxygène, interdisant la décomposition et permettant la préservation de la matière organique. Ceci, combiné à la capacité des roches poreuses des récifs à retenir le pétrole, a fait des roches dévoniennes une source importante de pétrole, en particulier aux États-Unis.

Monde du Dévonien supérieur

À la fin du Dévonien, les continents étaient disposés différemment d'aujourd'hui, avec un supercontinent, le Gondwana , couvrant une grande partie de l'hémisphère sud. Le continent de Sibérie occupait l'hémisphère nord, tandis qu'un continent équatorial, la Laurussia (formé par la collision de la Baltique et de la Laurentie ), dérivait vers le Gondwana, fermant l' océan Japet . Les montagnes calédoniennes se développaient également à travers ce qui est maintenant les Highlands écossais et la Scandinavie, tandis que les Appalaches s'élevaient au-dessus de l'Amérique.

Le biote était également très différent. Les plantes, qui se trouvaient sur terre sous des formes similaires aux mousses et aux hépatiques depuis l' Ordovicien , venaient de développer des racines, des graines et des systèmes de transport d'eau qui leur permettaient de survivre loin des endroits constamment humides. . Plusieurs clades ont développé une arbustive ou de l' habitat comme arbre par la fin Givétien, y compris les cladoxylalean fougères , lepidosigillarioid lycopsids , et aneurophyte et archaeopterid progymnospermes . Les poissons subissaient également une énorme radiation, et les tétrapodomorphes, tels que le Tiktaalik de l' âge Frasnien , commençaient à développer des structures ressemblant à des pattes.

Modèles d'extinction

Impact biologique

L'événement Kellwasser et la plupart des autres impulsions du Dévonien supérieur ont principalement affecté la communauté marine et ont eu un effet plus important sur les organismes d'eau chaude peu profonde que sur les organismes d'eau froide. Le groupe le plus important à être affecté par l'événement de Kellwasser était les constructeurs de récifs des grands systèmes récifaux du Dévonien, y compris les stromatoporoïdes et les coraux rugueux et tabulés . Les récifs du Dévonien supérieur étaient dominés par des éponges et des bactéries calcifiantes, produisant des structures telles que des oncolites et des stromatolites . L'effondrement du système récifal a été si brutal que la construction de récifs plus importants par de nouvelles familles d'organismes sécrétant du carbonate, les coraux scléractiniens ou "pierreux" modernes , ne s'est rétablie qu'à l'ère mésozoïque.

Tiktaalik , un ancien elpistostégalien à respiration aérienne. Ils faisaient partie des vertébrés qui se sont éteints à cause de l'événement Kellwasser

D'autres taxons fortement touchés sont les brachiopodes , les trilobites , les ammonites , les conodontes et les acritarques . Les graptolites et les cystoïdes ont disparu au cours de cet événement. Les taxons survivants montrent des tendances morphologiques à travers l'événement. Les trilobites ont développé des yeux plus petits dans la perspective de l'événement Kellwasser, la taille des yeux augmentant à nouveau par la suite. Cela suggère que la vision était moins importante autour de l'événement, peut-être en raison de l'augmentation de la profondeur de l'eau ou de la turbidité. Les bords des trilobites (c'est-à-dire les bords de leur tête) se sont également étendus au cours de cette période. On pense que les bords ont servi à des fins respiratoires, et l'anoxie croissante des eaux a entraîné une augmentation de leur surface de bord en réponse. La forme de l'appareil d'alimentation des conodontes variait avec le rapport isotopique de l'oxygène , et donc avec la température de l'eau de mer ; cela peut être lié au fait qu'ils occupent différents niveaux trophiques au fur et à mesure que l'apport en nutriments change. Comme pour la plupart des événements d'extinction, les taxons spécialisés occupant de petites niches ont été plus durement touchés que les généralistes.

L'événement de Hangenberg a affecté à la fois les communautés marines et d'eau douce. Cette extinction massive a affecté les ammonites et les trilobites , ainsi que les vertébrés à mâchoires, y compris les ancêtres tétrapodes . Le Hangenberg est lié à l'extinction de 44% des clades vertébrés de haut niveau , y compris tous les placodermes et la plupart des sarcoptérygiens , et le renouvellement complet du biote des vertébrés. 97% des espèces de vertébrés ont disparu, seules des formes plus petites ont survécu. Après l'événement, seuls les requins de moins d'un mètre et la plupart des poissons et tétrapodes de moins de 10 centimètres sont restés, et il faudrait 40 millions d'années avant qu'ils ne recommencent à augmenter. Cela a conduit à l'établissement de la faune vertébrée moderne au Carbonifère , composée principalement d' actinoptérygiens , de chondrichtyens et de tétrapodes . La brèche de Romer , une interruption de 15 millions d'années dans l'enregistrement des tétrapodes du début du Carbonifère, a été liée à cet événement. En outre, le faible bilan famennien des invertébrés marins suggère que certaines des pertes attribuées à l'événement Kellwasser se sont probablement produites pendant l'extinction de Hangenberg.

Ordre de grandeur

Le crash du Dévonien tardif de la biodiversité a été plus drastique que l' événement d'extinction familier qui a fermé le Crétacé . Une étude récente (McGhee 1996) estime que 22 % de toutes les « familles » d'animaux marins (en grande partie des invertébrés ) ont été éliminées. La famille est une grande unité, et en perdre autant signifie une perte profonde de la diversité de l'écosystème. À plus petite échelle, 57 % des genres et au moins 75 % des espèces n'ont pas survécu au Carbonifère. Ces dernières estimations doivent être traitées avec une certaine prudence, car les estimations de la perte d'espèces dépendent d'enquêtes sur les taxons marins du Dévonien qui ne sont peut-être pas assez bien connus pour évaluer leur véritable taux de pertes, il est donc difficile d'estimer les effets de conservation différentielle et biais d'échantillonnage au cours du Dévonien.

Durée et calendrier

Les taux d'extinction semblent avoir été plus élevés que le taux de fond, pour un intervalle étendu couvrant les 20 à 25 derniers millions d'années du Dévonien. Pendant ce temps, environ huit à dix événements distincts peuvent être observés, dont deux se distinguent comme particulièrement graves. L'événement de Kellwasser a été précédé d'une plus longue période de perte prolongée de la biodiversité . Les archives fossiles des 15 premiers millions d'années de la période carbonifère qui a suivi sont en grande partie dépourvues de fossiles d'animaux terrestres, probablement liés aux pertes lors de l'événement Hangenberg de la fin du Dévonien. Cette période est connue sous le nom d'écart de Romer .

L'événement Kellwasser

L'événement Kellwasser, du nom de son locus typicus , le Kellwassertal en Basse-Saxe , en Allemagne, est le terme donné à l'impulsion d'extinction qui s'est produite près de la limite Frasnien-Famennien (372,2 ± 1,6 Ma). La plupart des références à "l'extinction du Dévonien supérieur" font en fait référence au Kellwasser, qui a été le premier événement à être détecté sur la base des enregistrements d'invertébrés marins. Il peut en fait y avoir eu deux événements rapprochés ici, comme le montre la présence de deux couches de schiste anoxique distinctes.

L'événement Hangenberg

L' événement Hangenberg s'est produit à ou peu de temps avant la limite Dévonien-Carbonifère (358,9 ± 0,4 Ma) et marque le dernier pic de la période d'extinction. Il est marqué par une couche de schiste noir anoxique et un dépôt de grès sus-jacent. Contrairement à l'événement Kellwasser, l'événement Hangenberg a affecté à la fois les habitats marins et terrestres.

Causes potentielles

Étant donné que les extinctions liées à Kellwasser se sont produites sur une si longue période, il est difficile d'attribuer une cause unique, et même de séparer la cause de l'effet. Les archives sédimentaires montrent que la fin du Dévonien était une époque de changements environnementaux, qui ont directement affecté les organismes et provoqué leur extinction. La cause de ces changements est un peu plus sujette à débat.

De la fin du Dévonien moyen (382,7 ± 1,6 Ma) au Dévonien supérieur (382,7 ± 1,6-358,9 ± 0,4 Ma), plusieurs changements environnementaux peuvent être détectés à partir des enregistrements sédimentaires. Il existe des preuves d'anoxie généralisée dans les eaux de fond océaniques; le taux d'enfouissement du carbone a grimpé en flèche et les organismes benthiques ont été dévastés, en particulier sous les tropiques, et en particulier dans les communautés récifales. De bonnes preuves ont été trouvées pour les changements à haute fréquence du niveau de la mer autour de l'événement Frasnien-Famennien Kellwasser, avec une élévation du niveau de la mer associée à l'apparition de dépôts anoxiques. L'événement Hangenberg a été associé à une élévation du niveau de la mer suivie rapidement d'une chute du niveau de la mer liée à la glaciation.

Les déclencheurs possibles sont les suivants :

Événements extraterrestres

Les impacts des bolides peuvent être des déclencheurs dramatiques d'extinctions massives. Un impact d'astéroïde a été proposé comme la principale cause de ce renouvellement de la faune. L'impact qui a créé le Siljan Ring était soit juste avant l'événement Kellwasser, soit coïncidait avec celui-ci. La plupart des cratères d'impact, tels que l' Alamo de Kellwasser et le Woodleigh de Hangenberg , ne peuvent généralement pas être datés avec une précision suffisante pour les relier à l'événement ; d'autres datés précisément ne sont pas contemporains de l'extinction. Bien que certaines caractéristiques mineures d'impact météorique aient été observées par endroits (anomalies d'iridium et microsphérules), elles ont probablement été causées par d'autres facteurs.

Une explication plus récente suggère qu'une explosion de supernova à proximité était à l'origine de l' événement spécifique de Hangenberg , qui marque la frontière entre les périodes dévonienne et carbonifère, ou même d'une séquence d'événements couvrant plusieurs millions d'années vers la fin de la période dévonienne. Cela pourrait offrir une explication possible à la baisse spectaculaire de l'ozone atmosphérique qui aurait pu causer des dommages ultraviolets massifs au matériel génétique des formes de vie, déclenchant une extinction de masse. Des recherches récentes offrent des preuves de dommages ultraviolets au pollen et aux spores sur plusieurs milliers d'années au cours de cet événement, comme observé dans les archives fossiles et qui, à leur tour, indiquent une possible destruction à long terme de la couche d'ozone. Une explosion de supernova est une explication alternative à l'augmentation de la température mondiale, qui pourrait expliquer la baisse de l'ozone atmosphérique. La détection de l'un des radio-isotopes extraterrestres à longue durée de vie 146 Sm ou 244 Pu dans une ou plusieurs strates d'extinction de la fin du Dévonien confirmerait une origine de supernova. Cependant, il n'existe actuellement aucune preuve directe de cette hypothèse.

Altération et refroidissement

Au Dévonien, les plantes terrestres ont connu une phase d'évolution extrêmement importante. Leur hauteur maximale est passée de 30 cm au début du Dévonien, à 30 m chez les archéoptéridés, à la fin de la période. Cette augmentation de la hauteur a été rendue possible par l'évolution des systèmes vasculaires avancés, qui ont permis la croissance de systèmes de ramification et d'enracinement complexes. Parallèlement à cela, l'évolution des graines a permis la reproduction et la dispersion dans des zones non gorgées d'eau, permettant aux plantes de coloniser des zones intérieures et hautes auparavant inhospitalières. Les deux facteurs se sont combinés pour amplifier considérablement le rôle des plantes à l'échelle mondiale. En particulier, les forêts d' Archaeopteris se sont développées rapidement pendant les derniers stades du Dévonien.

Ces grands arbres nécessitaient des systèmes d'enracinement profonds pour acquérir de l'eau et des nutriments et fournir un ancrage. Ces systèmes ont brisé les couches supérieures du substratum rocheux et stabilisé une couche de sol profonde, qui aurait été de l'ordre de plusieurs mètres d'épaisseur. En revanche, les premières plantes du Dévonien ne portaient que des rhizoïdes et des rhizomes qui ne pouvaient pénétrer plus de quelques centimètres. La mobilisation d'une grande partie du sol a eu un effet énorme : le sol favorise l' altération , la décomposition chimique des roches, libérant des ions qui sont des nutriments pour les plantes et les algues. L'apport relativement soudain de nutriments dans l'eau de la rivière peut avoir causé l' eutrophisation et l'anoxie subséquente. Par exemple, lors d'une prolifération d'algues, la matière organique formée à la surface peut couler à un rythme tel que les organismes en décomposition utilisent tout l'oxygène disponible en les décomposant, créant des conditions anoxiques et étouffant les poissons des fonds marins. Les récifs fossiles du Frasnien étaient dominés par des stromatoporoïdes et (à un moindre degré) des coraux, des organismes qui ne prospèrent que dans des conditions pauvres en nutriments. Par conséquent, l'afflux postulé de niveaux élevés de nutriments peut avoir provoqué une extinction. Les conditions anoxiques sont mieux corrélées avec les crises biotiques qu'avec les phases de refroidissement, suggérant que l'anoxie pourrait avoir joué le rôle dominant dans l'extinction.

Le « verdissement » des continents s'est produit au cours du Dévonien. La couverture des continents de la planète avec des plantes terrestres massives photosynthétiques dans les premières forêts peut avoir réduit les niveaux de CO 2 dans l'atmosphère. Depuis CO
2est un gaz à effet de serre, des niveaux réduits auraient pu contribuer à produire un climat plus froid. Des preuves telles que les dépôts glaciaires dans le nord du Brésil (près du pôle sud du Dévonien) suggèrent une glaciation généralisée à la fin du Dévonien, alors qu'une large masse continentale couvrait la région polaire. Une cause des extinctions peut avoir été un épisode de refroidissement global, suite au climat doux de la période dévonienne. L'événement Hangenberg a également été lié à une glaciation sous les tropiques équivalente à celle de l' ère glaciaire du Pléistocène .

L'altération des roches silicatées attire également le CO 2 de l'atmosphère. Ceci a agi avec l'enfouissement de la matière organique pour réduire les concentrations atmosphériques de CO 2 d'environ 15 à trois fois les niveaux actuels. Le carbone sous forme de matière végétale serait produit à des échelles prodigieuses et, dans les bonnes conditions, pourrait être stocké et enterré, produisant finalement de vastes mesures de charbon (par exemple en Chine) qui emprisonneraient le carbone hors de l'atmosphère et dans la lithosphère . Cette réduction du CO atmosphérique
2aurait causé un refroidissement global et aurait entraîné au moins une période de glaciation du Dévonien tardif (et la chute subséquente du niveau de la mer), fluctuant probablement en intensité parallèlement au cycle de Milankovic de 40ka . Le retrait continu du carbone organique a finalement fait sortir la Terre de son état de serre dans la glacière qui s'est poursuivie tout au long du Carbonifère et du Permien.

Activité volcanique

Le magmatisme a été suggéré comme une cause de l'extinction du Dévonien supérieur en 2002. La fin de la période du Dévonien avait un magmatisme de piège extrêmement répandu et un rifting dans les plates-formes russes et sibériennes, qui étaient situées au-dessus des panaches du manteau chaud et suggérées comme une cause du Frasnien. / Extinctions du Famennien et de la fin du Dévonien. Il a été suggéré que les grandes provinces ignées de Viluy et Pripyat-Dniepr-Donets étaient en corrélation avec l'extinction du Frasnien / Famennien et que le magmatisme de Kola et Timan-Pechora correspondait à la fin de l'extinction du Dévonien-Carbonifère.

Plus récemment, des scientifiques ont confirmé une corrélation entre les pièges de Viluy (dans la région de Vilyuysk ) sur le craton sibérien et l'extinction de Kellwasser par datation 40 Ar/ 39 Ar.

La province ignée de Viluy Large couvre la majeure partie de la marge nord-est actuelle de la plate-forme sibérienne. Le système de rift à triple jonction s'est formé pendant la période du Dévonien; la faille de Viluy est la branche occidentale restante du système et deux autres branches forment la marge moderne de la plate-forme sibérienne. Les roches volcaniques sont recouvertes de sédiments post-dévonien supérieur-carbonifère inférieur. Des roches volcaniques, des ceintures de dykes et des seuils qui couvrent plus de 320 000 km 2 , et une quantité gigantesque de matériel magmatique (plus de 1 million de km 3 ) se sont formées dans la branche de Viluy.

Les âges montrent que les deux hypothèses de phase volcanique sont bien étayées et les âges moyens pondérés de chaque phase volcanique sont 376,7 ± 3,4 et364,4 ± 3,4  Ma, ou373,4 ± 2,1 et363,2 ± 2,0  Ma, dont la première phase volcanique est en accord avec l'âge de372,2 ± 3,2  Ma proposés pour l'événement Kellwasser. Cependant, la deuxième phase volcanique est légèrement plus ancienne que l'événement Hangenberg qui se situe à358,9 ± 1,2  mA. Le magmatisme de Viluy a peut-être injecté suffisamment de CO
2et AINSI
2dans l'atmosphère pour avoir généré une serre et un écosystème déstabilisés , provoquant un refroidissement global rapide, des chutes du niveau de la mer et une anoxie marine se produisent pendant le dépôt de schiste noir de Kellwasser .

Autres suggestions

D'autres mécanismes avancés pour expliquer les extinctions comprennent le changement climatique provoqué par la tectonique, le changement du niveau de la mer et le renversement océanique. Ceux-ci ont tous été écartés car ils sont incapables d'expliquer la durée, la sélectivité et la périodicité des extinctions. Un autre contributeur négligé pourrait être la caldeira cerbère, aujourd'hui éteinte, qui était active à la fin du Dévonien et aurait subi une super éruption il y a environ 374 millions d'années. Les vestiges de cette caldeira se trouvent dans l'état moderne de Victoria, en Australie.

Voir également

Remarques

Les références

Sources

Liens externes

Événements d'extinction
Néoprotérozoïque
Paléozoïque
Mésozoïque
Cénozoïque
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