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Les dinosaures auraient survécu à la crise Trias-Jurassique grâce à leur adaptation au froid

Dinosaure en hiver

Un argentinosaurus, sauropode du Crétacé supérieur, sous la neige. Elena Duvernay / Dreamstime.

À la fin du Trias, il y a environ 201 millions d’années, a eu lieu l’une des plus grandes extinctions du Phanérozoïque (depuis 541 Ma). Elle a entraîné la disparition de 47 % des genres et de 80 % des espèces, aussi bien sur les terres que dans les mers. Les écosystèmes récifaux ont ainsi été fortement affectés. Les ammonites et les mollusques bivalves ont également souffert, de même que les reptiles marins, qui étaient abondants durant le Mésozoïque : les nothosaures (les plus grands prédateurs des mers du Trias, apparentés aux plésiosaures et pliosaures) et les placodontes (dont certaines espèces, les cyamodontoïdes, portaient des carapaces évoquant celles des tortues) se sont éteints. Leur sort a été partagé par les phytosaures, des animaux semi-aquatiques ressemblant à des crocodiles et occupant la même niche écologique qu’eux. Les rauisuchidés, les plus grands prédateurs terrestres, assez proches des crocodylomorphes, n’ont pas non plus survécu. Les thérapsides, notamment les dicynodontes, ont été décimés. Il n’est resté d’eux que les ancêtres des mammifères.

Rutiodon carolinensis, un phytosaure d’Amérique du Nord par Nobu Tamura.

Depuis la fin du Paléozoïque, la plupart des continents étaient réunis au sein du supercontinent Pangée. À la fin du Permien, les trapps de Sibérie ont libéré de telles quantités de gaz à effet de serre que les températures tropicales sont passées d’environ 25 °C à près de 40 °C. L’intérieur de la Pangée est devenu un immense désert. Le mouvement des masses d’air et les courants océaniques ont amené aux pôles une si grande chaleur que le refroidissement hivernal est devenu impossible. Durant le Trias, les températures sont redevenus supportables. L’épisode pluvial du Carnien (de 233 à 230 Ma) a entraîné une crise biologique mais a vu l’émergence des dinosaures. Leurs premiers fossiles ont été trouvés dans la formation Ischigualasto au nord-ouest de l’Argentine, puis dans la formation Santa Maria au sud du Brésil. Les sauropodomorphes herbivores (ancêtres des sauropodes comme des diplodocus et argentinosaurus) et les théropodes carnivores étaient déjà présents. Les premiers semblent avoir été adaptés aux climats tempérés. À l’époque, ces régions étaient à environ 50 ° de latitude Sud. Elles faisaient partie du Gondwana, constituant la partie australe de la Pangée.

Un platéosaure, sauropodomorphe du Trias supérieur ayant vécu dans l’actuelle Europe. Tim Bekaert, 2006.

Durant le Carnien et le Norien (de 228 à 208 Ma), la concentration en CO2 atmosphérique a probablement avoisiné les 4 000 ppm, à comparer avec les 280 ppm d’avant l’ère industrielle. Les premiers sauropodomorphes sont passés dans l’hémisphère Nord à la faveur d’une baisse de cette concentration il y a environ 214 millions d’années. Le refroidissement climatique leur a permis de franchir la barrière des tropiques. Ils ne s’y sont pas installés, peut-être parce que la végétation ne leur convenait pas. Jusqu’à la fin du Trias, ils sont restés attachés aux latitudes moyennes. C’était les pseudosuchiens qui étaient dominants dans les basses latitudes. Ce groupe a beaucoup souffert de la crise fini-triassique, mais il n’a pas disparu puisque les crocodylomorphes sont leurs descendants – les crocodiles étant appelés les eusuchiens.

Sur la Pangée, il y avait une forte variation des espèces en fonction de la latitude. Près de l’équateur, vivaient des fougères, des conifères et des fougères à graines, au moins pendant les périodes humides. Ces plantes ne supportaient pas le gel. Les régions tropicales semi-arides convenaient aux conifères et la végétation devenait plus variée dans les hautes latitudes. Le bassin de Dzoungarie se trouve actuellement au nord-ouest de la Chine à 44-46 ° de latitude Nord. Durant le Trias, il était plus au nord, à environ 71 °. Il y avait des conifères à grandes feuilles caduques, des podozamites (des conifères) et des ginkgos. Les troncs d’arbres aux anneaux de croissance bien développés montrent que les hivers étaient frais à froids, avec peut-être des intermèdes plus chauds.

La province magmatique centre atlantique au sein de la Pangée. Ses limites sont en pointillés. Les affleurements de lave basaltiques ou les sills (intrusions de magma entre des couches de sédiments) sont en rose. D’après Jessica H. Whiteside et al., Synchrony between the Central Atlantic magmatic province and the Triassic–Jurassic mass-extinction event?, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 244, 2007.

Il y a 201 millions d’années, d’énormes coulées de lave ont recouvert plus de 7 millions de kilomètres carrés, créant ce que l’on appelle la province magmatique centre Atlantique. Ce sont peut-être les plus grands trapps de tout le Phanérozoïque, devant ceux de Sibérie, mais les affleurements sont peu nombreux et ils sont répartis sur quatre continents, des deux côtés de l’Atlantique central, puisque l’évènement a été le prélude à l’ouverture de cet océan et donc à la dislocation de la Pangée. Il existe une vaste étendue de basalte au nord du Brésil, ainsi qu’aux États-Unis, au nord du golfe du Mexique, et au Maroc, qui était alors voisin des côtes canadiennes. Des étendues plus petites sont réparties dans toute l’Afrique de l’Ouest, ainsi que des dykes, résultants d’intrusions de magma dans la croûte continentale.

Quoique le synchronisme entre l’extinction fini-triassique et cette province magmatique n’ait pas été établi de manière irréfutable, ces éruptions sont considérées par des nombreux scientifiques comme le principal coupable. Le dioxyde de carbone relâché dans l’atmosphère a pu faire augmenter les températures globales de 3 à 5 °C. L’extinction aurait donc eu une cause semblable à celle de la limite Permien-Trias, 51 millions d’années plus tôt. L’acidification et l’anoxie des océans pourraient expliquer les extinctions d’animaux marins. Cependant, un réchauffement climatique aurait dû pousser les tétrapodes à migrer des latitudes moyennes vers les pôles, mais c’est l’inverse qui s’est produit. Il y a eu d’importantes migrations vers les tropiques, dont celle des dinosaures sauropodomorphes.

Ces observations ont conduit Paul Olsen, Jessica Whiteside et d’autres scientifiques à faire une hypothèse audacieuse : les animaux de la Pangée n’ont pas été victimes de la chaleur mais du froid. Des phases particulièrement intenses de volcanisme ont pu émettre assez de dioxyde de soufre dans l’atmosphère pour créer des hivers volcaniques. Ce gaz engendre des aérosols sulfatés qui obscurcissent le ciel, et chacun de ces phénomènes a pu durer une dizaine d’années. En étudiant les grandes éruptions de la première moitié du XIXe siècle, dont celle du Tambora en 1815, des climatologues ont mis en évidence de très longues perturbations du système atmosphère-océan, allant au-delà de la présence des aérosols sulfurés. Le réchauffement global de la fin du Trias n’a pas pu empêcher ces hivers volcaniques, la baisse des températures pouvant atteindre 10 °C, d’autant plus que la position équatoriale des éruptions assurait une répartition mondiale des aérosols. La chute d’une météorite à la fin du Crétacé a eu un effet comparable mais beaucoup plus violent, avec un arrêt complet du rayonnement solaire. C’est cette catastrophe qui a mis fin au règne des dinosaures.

La Pangée il y a 202 millions d’années d’après Paul Olsen et al., 2022. Les grandes silhouettes sont celles des sauropomorphes. Ils étaient cantonnés aux hautes latitudes des deux hémisphères. Les petites sont celles de théropodes. La Dzoungarie (Junggar Basin) est indiquée en rouge.

Mais ces animaux supportaient-ils vraiment le froid ? L’examen de sédiments de Dzoungarie a permis de répondre à cette question. Ils datent de la fin du Trias et du début du Jurassique, si bien que la limite entre les deux périodes y est visible. De plus, ils comprennent des empreintes de dinosaures, ainsi que des fossiles de bivalves, de poissons désarticulés et de restes de tétrapodes. Ils sont lacustres et fluviaux, porteurs de veines de charbon qui sont autant d’anciennes forêts. Comme la surface de la Terre était plus chaude que maintenant, l’existence de nuits polaires n’empêchait pas les plantes de pousser, mais la nature devait être en sommeil durant chaque hiver. Ces sédiments composés d’argiles ou de silts (grains de taille inférieure à 63 µm) comportent des fragments de roches dont les tailles vont de 0,1 à 15 mm, probablement transportés par des radeaux de glace.

Quand les lacs et les cours d’eau gelaient, la glace emprisonnait ces fragments. Lors du dégel, des morceaux de glace se détachaient, puis fondaient en relâchant ces derniers. S’ils sont de grande taille, on les appelle des dropstones « pierres lâchées ». Ce sont des indices usuels de glaciation marine. La découverte de ces fragments lithiques dans des sédiments très fins montre pour la première fois que durant le Trias, il gelait en hiver dans l’Arctique, bien avant et bien après la crise fini-triassique. Les dinosaures pouvaient supporter ce climat et par conséquent aussi les hivers volcaniques. Et s’ils avaient cette capacité, c’est parce que ces animaux, apparus dans des climats tempérés, avaient des protoplumes. Les autres tétrapodes de grande taille ne bénéficiaient pas de cette protection et ont donc été décimés durant cette crise.

Tout ceci reste une théorie. Il n’existe aucune preuve de ces hivers volcaniques. C’était Jessica Whiteside et Paul Olsen qui affirmaient eux-mêmes, en 2007, que le synchronisme entre les éruptions et l’extinction n’était pas assuré. Mais souvent, dans les sciences de la science, une théorie n’est ni totalement vrai ni totalement fausse. Il doit y avoir une part de vérité, sachant qu’une extinction est un phénomène complexe et tout n’a certainement pas été dit à son sujet.

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Paul Olsen et al., Arctic ice and the ecological rise of the dinosaurs, Science Advances, 1 July 2022.

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abo6342

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