Le jour où la circulation thermohaline s’arrêta…

Le Jurassique a toujours été considéré comme une période caractérisée par un climat chaud et stable, sans calottes de glace, avec des zones subtropicales étendues. Cependant, de récentes données de paléothermométrie obtenues sur des fossiles marins stratigraphiquement bien contraints remettent en cause cette stabilité climatique, en soulignant de fortes fluctuations de la température de l’eau de mer à court et moyen terme. Parmi celles-ci, le réchauffement du Toarcien (183Ma) constitue sans doute l’évènement le plus important. Il est souvent considéré comme un exemple passé témoignant des réponses écologiques apportées par la planète face à une hausse substantielle de la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre.

Initié par une importante activité volcanique dans la province du Karoo (Afrique du sud), ce réchauffement majeur et rapide semble avoir occasionné de nombreuses perturbations paléoenvironmentales. Notamment, de nombreux dépôts laminés, dépourvus de fossiles, et riches en matière organique semblent témoigner de la mise en place contemporaine de conditions marines anoxiques globales, que ce soit à l’échelle des plateformes épicontinentales ou des bassins océaniques profonds. Cependant, la mécanique sous-jacente à de telles perturbations reste encore floue.

Afin de comprendre comment des hausses de CO2 ont pu appauvrir l’océan mondial en oxygène, G. Dera (GET) et Y. Donnadieu (LSCE) ont utilisé une approche de modélisation numérique couplant la description de la dynamique de l’atmosphère et de l’océan. En se basant sur une reconstitution paléogéographique du Jurassique inférieur, ils ont simulé la réponse du climat et de l’océan à un triplement de la teneur en CO2 suite à l’activité volcanique du Karoo (jusqu’à 6× la concentration préindustrielle de CO2).

Les résultats obtenus montrent qu’une injection massive de 1120ppmv de CO2 a considérablement changé le climat et la dynamique océanique au Toarcien. Conjointement à une hausse de la température globale de +4,5°C (jusqu’à +10°C aux pôles), les simulations indiquent que la fonte des banquises et l’augmentation combinée des précipitations et du ruissellement sur les zones de hautes latitudes auraient réduit la salinité des mers arctiques de près de 15%. Cette baisse de la salinité a provoqué un changement régional de densité des eaux, qui aurait alors stoppé la convexion vers le nord des courants subtropicaux circulant dans le super-océan Panthalassa, conduisant à un ralentissement progressif de la circulation thermohaline. Au final, ce processus semble avoir fortement diminué le brassage et la ventilation de la colonne d’eau et initié des anoxies de fond à l’échelle globale. En accord avec les données géochimiques et paléobiogéographiques, les simulations montrent aussi que l’eau dessalée et riche en nutriments de l’Arctique se serait déversée dans les mers nord-ouest téthysiennes (i.e., Europe actuelle), renforçant encore la stratification régionale des eaux et augmentant les taux de productivité marine. Ce modèle général explique donc pourquoi les concentrations en matière organique sont si élevées dans les dépôts toarciens du nord de l’Europe.