À la fin du Permien, s’est produite la plus grande des cinq extinctions de masse. Beaucoup de scientifiques l’attribuent à des éruptions volcaniques qui ont eu lieu à la même époque en Sibérie, dont les empilements de coulées de lave sont appelés des trapps. Elles auraient émis des gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane) qui auraient rendu le climat excessivement chaud. La correspondance temporelle est bonne quand on regarde les évènements de loin. La radiochronologie permet d’avoir une datation précise. On distingue trois phases dans les éruptions, la première commençant avant 252,24 ± 0,1 Ma. Des éruptions explosives, avec des coulées pyroclastiques, sont suivies par des effusions de lave. On estime que les deux tiers des trapps se sont constitués à cette époque, ce qui représente plus d’un million de kilomètres cubes de basalte. La deuxième phase commence il y a 251,907 ± 0,067 Ma et se termine il y a 251,483 ± 0,088 Ma. Elle se caractérise par l’arrêt des effusions de lave et la mise en place d’un immense complexe de sills : le magma ne monte plus en surface mais s’insinue entre des strates de roches sédimentaires, où il se solidifie. L’érosion mettra plus tard ces sills à l’affleurement. On peut actuellement en voir une superficie supérieure à 1,5 million de kilomètres carrés. Les effusions de lave reprennent après un arrêt d’environ 420 000 ans, marquant le début de la troisième phase. Elle dure au moins jusqu’il y a 251,354 ± 0,088 Ma. C’est l’âge du plus récent sill de cette province magmatique.
On n’observe pas d’extinction d’espèces ni de perturbation du cycle du carbone durant la première phase. La crise se produit il y a 251,941 ± 0,037 Ma, soit environ 300 000 après le début de la première phase (compte tenu des incertitudes). Elle atteint son paroxysme au début de la deuxième phase et s’achève au cours de la troisième phase. L’explication proposée par S.D. Burgess, J.D. Muirhead et S.A. Bowring en 2017 est que les gaz à effet de serre ont été émis par les sills, et non par les coulées de lave. Cela s’est produit quand le magma a rencontré en profondeur les sédiments du bassin de la Toungouska, composés d’évaporites, de carbonates et d’hydrocarbonates, ainsi que de roches détritiques provenant de l’érosion.
Les quatre schémas montrent le déroulement des évènements. Une couche de cendres se dépose d’abord, grâce aux coulées pyroclastiques. De 252,2 à 251,9 Ma, d’épaisses coulées de lave s’y ajoutent. Comme elles exercent une forte pression sur la croûte, le magma ne peut atteindre la surface et se propage le long de sills horizontaux. Par métamorphisme de contact, les sédiments de la Toungouska émettent des gaz à effet de serre. C’est le début de la deuxième phase, de 251,9 à 251,5 Ma. Les émissions de gaz se réduisent progressivement, bien que le complexe de sills continue à s’étendre. Durant la troisième phase, jusqu’à 251 Ma, les effusions de lave reprennent. Les émissions de gaz sont faibles.
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S.D. Burgess et al., Initial pulse of Siberian Traps sills as the trigger of the end-Permian mass extinction, Nature Communications, 164, 2017.
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