6 ème partie. Le couplage des évènements

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1 6 ème partie. Le couplage des évènements La phylogénie montre que toutes les espèces proviennent d une espèce préexistante. L ancienne espèce peut être éliminée par une de ses espèces descendantes mieux adaptée aux nouvelles conditions du milieu. Ces disparitions sont la conséquence de l évolution. Mais de plus, à certaines époques, des lignées appartenant à des phylomes différents (comprenant des formes aquatiques et terrestres, microscopiques et géantes) s éteignent en un temps relativement bref. Ces périodes d extinctions massives s appellent des crises biologiques. Objectif : - Comment reconnaître les périodes de crises qui ont jalonné l histoire de la Terre? - Quelles sont les causes et les conséquences de ces crises? I. Les modifications biologiques et géologiques à la limite Crétacé paléocène. (crétacé tertiaire ou KT) ; -65 Ma 1) en milieu continental. a. Modifications lithologiques et géochimiques. La limite KT est caractérisée par l intercalation d une couche d argile étonnamment riche en iridium (Ir). b. modifications paléontologiques. A la limite KT, on observe un développement des sphaignes et des fougères, végétaux pionniers qui colonisent des sols nus. On observe également une chute de la quantité des gymnospermes (arbres) et une disparition des angiospermes à la limite KT. Au Paléocène, on retrouve ces 2 types de végétaux en abondance. A la crise KT, il y a disparition des forêts, puis le sol à nu est reconquit par les végétaux pionniers qui permettent avec un temps de retard le développement des arbres et plantes à fleurs. Un évènement a momentanément modifié la composition floristique (associations végétales) de l Amérique du nord mais l évolution des végétaux semble peu modifiée par la crise KT (ils n ont pas totalement disparu). On observe à la limite KT la disparition sélective des vertébrés : - disparition progressive et définitive des dinosaures vers 65 Ma. - réduction de la diversité des mammifères marsupiaux et multituberculés. En revanche, les mammifères placentaires semblent peu affectés par la crise (de même que les amphibiens). Chaussard Caroline

2 Au Paléocène, on observe une diversification explosive des mammifères placentaires, des oiseaux. On peut penser qu ayant résisté à la crise KT, ils ont profité des niches écologiques abandonnées par les dinosaures. 2) en milieu marin. a. Modifications lithologiques et géochimiques. La limite KT est caractérisée par une couche d argile qui interrompt la sédimentation marine carbonatée. Cet argile est anormalement riche en iridium. b. Modifications géologiques. A la fin du Crétacé, les sédiments marins présentent des foraminifères que l on appelle globotruncanas (plancton marin). Au début du Paléocène, les sédiments marins ne contiennent plus de globotruncanas mais un autre foraminifère, les globigérines. Actuellement, les foraminifères sont des protozoaires microscopiques qui secrètent une coquille calcaire dans laquelle ils sont enfermés et protégés. Ce sont des êtres planctoniques du milieu pélagique (milieu marin). On en déduit que vers 65 Ma, les globotruncanas sont remplacés par des globigérines. La disparition des globotruncanas aurait appauvri les sédiments en carbonate de calcium (absence de la coquille calcaire). En milieu benthique disparaît un mollusque céphalopode, l ammonite. A la fin du Crétacé disparaissent les dinosaures marins. Au Paléocène, on ne retrouve plus les dinosaures, mais les mammifères marins apparaissent peu après la disparition des mosasaures. Vers 65 Ma, on constate l extinction massive et rapide d espèces des milieux continentaux et marins. Ces changements paléontologiques ont une dimension mondiale. Cela permet d éliminer l hypothèse d un changement localisé de milieu. Il s agit d une crise biologique. Certains groupes survivent à cette crise. Ils se diversifient rapidement et occupent toutes les niches écologiques libres. Cet évènement important a été choisi pour limiter l ère secondaire de l ère tertiaire. Cette limite temporelle présente un marqueur planétaire, la couche d argile riche en iridium. II. La recherche des causes géologiques à la crise biologique du KT. 1) Hypothèse : impact d un astéroïde. a. 1 ère preuve : une couche d argile riche en iridium. L iridium est rare dans les roches terrestres et abondant dans certaines météorites et dans les couches argileuses qui retombent après un impact avec un météorite. b. 2 ème preuve : des minéraux inhabituels. Au moment de l impact, les températures et les pressions extrêmes fracturent les cristaux de quartz (minéraux choqués), font fondrent la roche et projettent des gouttelettes de roches fondue dans l atmosphère. Elles refroidissent rapidement et il se forme des microsphérules. On trouve dans les zones d impact météoritiques des cristaux de magnétite nickélifère. Chaussard Caroline

3 c. 3 ème preuve : les cratères d impact. Dans la presqu île du Yucatan (à Chicxulub), on a retrouvé une structure identifiable par les anomalies magnétiques engendrées par des roches de densités différentes. Cette structure se trouve sous plus de 1000 m de sédiments. Elle a la forme d un cratère d impact de 180 Km de diamètre. Elle date de 65 Ma. Les carottes de sédiments contiennent des microsphérules, des minéraux choqués (quartz), du bois pétrifié, etc. Elle est la preuve d une collision entre un astéroïde de 10 Km de diamètre et la Terre il y a 65 Ma. d. 4 ème preuve : la disposition de certaines couches sédimentaires du Yucatan datées de - 65 Ma. La disposition des couches sédimentaires du Yucatan datées de -65 Ma prouve l existence d un gigantesque tsunami. 2) 2 ème hypothèse : un volcanisme intense. Le plateau basaltique du Deccan est constitué de très nombreux empilements de basaltes datés de -65 Ma. L éruption à l origine de ce plateau aurait duré ans. Une telle éruption projette dans l atmosphère de grandes quantités d iridium, accompagnées d un rejet de CO 2 et de SO 2. 3) Scénario possible de la crise biologique du Crétacé. Le volcanisme du Deccan (en Inde) est déjà actif depuis près d un million d années et rejette dans l atmosphère du CO 2 et jusque dans la stratosphère des poussières de cendres enrichies en Iridium. A - 65 Ma, la collision entre l astéroïde et la Terre déclenche : - une énorme explosion de quelques heures qui provoque la fusion et le mélange des roches sédimentaires et de la croûte continentale sous-jacente (d où la présence de microsphérules à la limite KT). Le choc sur la plate-forme carbonatée libère instantanément des quantités énormes de CO 2 et de vapeur d eau. Dans les régions actuelles du Mexique et des USA, la chaleur de l air générée par l impact carbonise les arbres et tous les animaux qui ne sont pas à l abri dans des terriers profonds (d où la concentration très supérieure à la normale de suie et de cendres à la limite KT). - Des tremblements de terre. Ils provoquent des glissements de terrains dans les hauts fonds du golfe du Mexique qui déclenchent des raz-de-marée pendant quelques semaines (d où les dispositions particulières des sédiments dans le Yucatan). L Amérique du Nord est stérilisée par cet impact, mais les autres continents échappent aux effets directs de la collision. Il faut alors évoquer les effets indirects de cet impact : - les éjectas les plus fins, riches en iridium et microsphérules, vont jusque dans la stratosphère. Leur quantité énorme recouvre toute la Terre d un linceul de poussières qui est un barrage infranchissable pour la lumière solaire. - L obscurité est totale pendant plusieurs mois. La Terre se refroidit. - La photosynthèse ralentit et provoque l effondrement de la chaîne alimentaire sur les continents et dans les mers. - La vapeur d eau se condense, des pluies lavent les poussières (d où la couche d argile riche en iridium à la limite KT) mais restent très acides. Chaussard Caroline

4 - Cette eau de pluie se retrouve dans les mers. L acidité de l eau de mer a pu dissoudre les coquilles des Ammonites et des Foraminifères (d où l arrêt de la sédimentation carbonatée et la présence d une couche d argile caractéristique de la limite KT). - La combustion des forêts appauvrit l atmosphère en O 2, ce qui accélère la disparition des grands êtres vivants. - Lorsque les poussières sont en grande partie déposées sur la Terre, la lumière revient. - Mais l énorme quantité de CO 2 contenue dans l atmosphère déclenche un effet de serre. La chaleur devient étouffante. Des milliers d années doivent s écouler avant que le niveau de CO 2 redevienne normal. Un monde d abord obscur et glacé, puis un monde en proie à une chaleur mortelle, empoisonné par l acide et la suie, appauvri en O2, explique la disparition des dinosaures, des ammonites, des globotruncanas, etc, il y 65 Ma. Cet exemple démontre que des évènements géologiques comme le volcanisme, un impact météoritique, etc, influencent l évolution des êtres vivants : - sur les continents, les dinosaures présents pendant 150 Ma avaient un mode de vie très spécialisé. L évolution ne les avait pas dotés d une capacité de résistance aux cataclysmes climatiques causés par les évènements géologiques de la fin du Crétacé. Personne ne sait pourquoi les mammifères ont survécu. Mais la disparition des dinosaures qui a libéré des niches écologiques a permit aux mammifères d évoluer très rapidement et de dominer le milieu continental à partir du Tertiaire. - Dans les mers, la baisse de température provoque une crise du plancton dont les ammonites sont dépendantes. Cela leur a donné le coup de grâce. Si on regarde l évolution de la lignée des ammonites, on a l impression de tourner en rond : les 1 ères ammonites ont des coquilles droites aux cloisons simples, puis elles se diversifient en s enroulant avec des tours de plus en plus jointifs et des sutures de plus en plus complexes, puis on retourne à des formes primitives. Les extinctions jouent un rôle important en supprimant au fur et à mesure les obstacles placés devant le devenir de certains groupes. Les foraminifères qui passent l épreuve KT sont les globigérines qui habitent aujourd hui dans les mers froides. L origine de la crise biologique du KT pourrait être la conjonction de 2 phénomènes géologiques. Le 1 er est lié à la dynamique de la planète et correspond à la mise en place des trapps du Deccan, et le 2 ème est associé à la chute d un astéroïde qui a formé le cratère de Chixulub au Yucatan. Chaussard Caroline

5 1/dinosaures/page_extinc_dino.htm III. Les crises biologiques de l histoire de la Terre. 1) Les 5 crises majeures. Epoque Ma Ordovicien Ma Dévonien Ma Permien Ma Trias - 65 Ma Crétacé Extinctions 22% des invertébrés marins. Trilobites, Graptolites 21% des invertébrés marins 90% des espèces qui disparaissent (crinoïdes) 20% des animaux disparaissent 50% des animaux marins et continentaux disparaissent Vestiges d évènements biologiques? Cratère de Siljan en Suède (52 Km ø) Volcanisme : trapps de Sibérie et de Chine Trapps de l atlantique nord, cratères de météorites de Manicouagan Trapps du Deccan, cratère de Chixulub Evènements géologiques Glaciation Glaciation Volcanisme + glaciation Volcanisme, impact, glaciation, régression marine Volcanisme, impact, refroidissement, régression marine A l échelle des temps géologiques, des modifications brutales et globales liées à des évènements planétaires affectent le monde vivant : ce sont des crises. Elles alternent avec de longues périodes de «stabilité», tout de même relative. Durant les 500 derniers millions d années, on constate des coïncidences entre les dates d extinction et des phénomènes géologiques internes (volcanisme) ou extra-terrestres (chutes d astéroïdes). Cela permet de formuler des hypothèses qui ne sont démontrées que pour la crise KT. 2) Crises biologiques et évolution des êtres vivants. Après chaque crise, pendant laquelle un certain nombre de familles disparaissent, une faune et une flore nouvelles se font jour et assurent une étape originale de l évolution biologique. Des lignées restées discrètes jusque là en raison d une concurrence, s épanouissent et se répandent dans les niches écologiques libérées par les familles disparues. Chaussard Caroline

6 Les crises jouent un rôle fondamental dans la biodiversité. Les extinctions jouent un rôle important en supprimant au fur et à mesure les obstacles placés devant le devenir d un groupe (ex : ammonites). Changements géologiques et modifications de la biosphère sont interdépendants. Chaussard Caroline

7 IV. L influence de l Homme sur l évolution. Tchernobyl : cette catastrophe a provoqué une augmentation du nombre de mutations chez les êtres vivants en Ukraine. Les modifications de l occupation des sols sont à l origine d inondations, ce qui a entraîné une disparition des espèces vivant sur les lieux (modifications environnementales). Les émissions de CO 2 par l activité humaine augmentent l effet de serre, provoquant une modification des climats. Les rejets de gaz provoquent des trous dans la couche d ozone. L activité et le développement humain engendrent des réductions des espaces naturels. Les moyens techniques actuels permettent de modifier le génome, et notre action continue à diminuer la diversité génétique (l évolution se ralentit donc). Tout cela va avoir une conséquence sur l évolution, mais cela reste imprévisible. L Homme, produit récent de l évolution biologique, a les moyens d avoir une influence sur l avenir de la planète. Chaussard Caroline