Oxygen-isotope palaeothermometry of the Eocene Harudi Formation, Kutch Basin, western India: evidence for an early inception of the Middle Eocene Climatic Optimum

Le temps profond est souvent imaginé comme une dérive lente et régulière, mais l'histoire climatique de la Terre est en réalité une histoire de sauts soudains et de renversements spectaculaires. Pendant l'époque de l'Éocène, il y a environ 56 à 34 millions d'années, la planète était un monde de serre, nettement plus chaud qu'aujourd'hui. Pourtant, même au cours de cette ère chaude, le climat n'est pas resté statique ; il a connu de brèves et intenses poussées de chaleur connues sous le nom d'événements hyperthermiques, suivies de périodes de chaleur plus longues qui se détachaient d'une tendance générale au refroidissement. L'une des phases de réchauffement les plus significatives est l'Optimum Climatique de l'Éocène Moyen, une période où les températures mondiales ont grimpé en flèche pendant des centaines de milliers d'années. Comprendre exactement quand ce réchauffement a commencé et comment il s'est manifesté dans des régions spécifiques est crucial pour les scientifiques qui tentent de reconstituer la manière dont le système climatique terrestre réagit au changement. Pour ce faire, les chercheurs examinent souvent les empreintes chimiques laissées par les coquilles anciennes, qui agissent comme des thermomètres naturels enregistrant la température de l'eau de mer dans laquelle elles ont grandi.

Pendant des décennies, une section spécifique de roche dans l'ouest de l'Inde, connue sous le nom de Formation de Harudi, est restée un mystère dans ce puzzle mondial. Cette couche de sédiments, riche en fossiles d'anciennes baleines, de crocodiles et de gros escargots de mer, repose dans le bassin de Kutch et représente une fenêtre critique sur l'Éocène moyen. Cependant, malgré son importance, les scientifiques disposaient de très peu de données sur les températures de l'eau de cette époque et de ce lieu. La difficulté résidait dans les roches elles-mêmes ; la région est célèbre pour ses fossiles, mais les coquilles que l'on y trouve sont souvent altérées chimiquement par des millions d'années de pression et d'eaux souterraines, rendant leurs enregistrements de température peu fiables. Sans coquilles vierges et inaltérées, les signaux chimiques nécessaires pour calculer les températures passées sont perdus ou brouillés. Cela a laissé un vide important dans la carte des climats anciens pour l'ouest de l'Inde, forçant les chercheurs à s'appuyer sur des données provenant d'autres couches rocheuses voisines qui pourraient ne pas raconter la même histoire.

Une équipe de chercheurs a maintenant comblé ce vide en sélectionnant soigneusement six échantillons fossiles de la Formation de Harudi qui avaient survécu dans un état parfait. Ils ont choisi cinq coquilles d'huîtres et une coquille d'un organisme marin unicellulaire géant appelé Nummulites, tous collectés dans une section de route spécifique où les couches rocheuses sont clairement visibles. Avant de tenter tout calcul de température, l'équipe devait être absolument certaine que ces coquilles n'avaient pas été chimiquement altérées au fil de millions d'années. Ils ont utilisé une puissante technique de rayons X pour scanner la structure interne de chaque échantillon, confirmant que chacun d'eux était composé de calcite pure et stable, le même minéral avec lequel les animaux ont construit leurs coquilles à l'origine. Cette vérification était essentielle, car elle prouvait que les coquilles n'avaient pas été recristallisées ou altérées par des processus géologiques ultérieurs, garantissant que les données chimiques qu'elles contenaient étaient un enregistrement fidèle de l'océan ancien.

Une fois les échantillons vérifiés comme étant vierges, les chercheurs ont analysé les isotopes de l'oxygène piégés dans la structure cristalline des coquilles. Le rapport entre les différents types d'atomes d'oxygène dans une coquille change en fonction de la température de l'eau lorsqu'elle était chaude au moment où l'animal était vivant. En mesurant ces rapports et en les comparant à ce qui est connu de la composition chimique de l'eau de mer ancienne, l'équipe a pu calculer les températures exactes de l'eau pour chaque couche de roche. Les résultats ont révélé une histoire thermique dynamique. Les températures de l'eau dans cette région variaient d'un 27,31 degrés Celsius relativement frais au sommet de la formation à un 38,44 degrés Celsius brûlant dans une couche spécifique de schiste brun. Plus notablement, les données ont montré deux pics de chaleur distincts. Un pic atteignait 32,25 degrés Celsius dans une couche de roche formée par une tempête massive qui a accumulé des coquilles, tandis que l'autre pic, encore plus chaud à 38,44 degrés Celsius, a été trouvé dans une couche de boue contenant également des minéraux évaporitiques, suggérant une époque où l'eau était peu profonde et très saline.

Ces pics de température sont interprétés comme la signature locale de l'Optimum Climatique de l'Éocène Moyen, l'événement de réchauffement mondial mentionné précédemment. Ce qui rend cette découverte particulièrement intéressante, c'est le calendrier. D'autres études ont suggéré que cet événement de réchauffement mondial aurait commencé vers 40,5 millions d'années. Cependant, les couches rocheuses de la Formation de Harudi où ces pics de chaleur ont été trouvés sont datées d'une période légèrement plus ancienne, entourant une limite d'environ 41,6 millions d'années. Cela suggère que le réchauffement associé à l'Optimum Climatique de l'Éocène Moyen pourrait avoir commencé plus tôt dans cette partie du monde que ce que suggère la moyenne mondiale, ou du moins que le signal est arrivé dans l'océan Indien occidental avant d'être pleinement enregistré dans d'autres parties du globe. Les chercheurs ont également noté que les températures les plus élevées coïncidaient avec des environnements stressants pour la vie, tels que les lits de coquilles balayés par les tempêtes et les lagunes salées en cours d'évaporation. Cet alignement est cohérent, car la chaleur extrême entraîne souvent l'évaporation et des changements de salinité, créant des conditions où seuls les organismes les plus robustes pouvaient survivre.

L'étude est présentée comme une étape préliminaire plutôt que comme une conclusion finale. L'équipe souligne que, bien que les six échantillons fournissent le premier enregistrement direct de la température pour cette formation, le petit nombre de points de données signifie que l'image complète est encore en cours d'assemblage. Les valeurs de chaleur extrême, particulièrement la lecture de 38,44 degrés Celsius, sont frappantes, mais les chercheurs mettent en garde que plus d'échantillons sont nécessaires pour confirmer ces tendances avec une certitude statistique. Ils ont également noté que certains signaux chimiques dans les coquilles étaient inhabituels, suggérant que des facteurs environnementaux locaux pourraient avoir influencé les données d'une manière qui n'est pas encore pleinement comprise. Malgré ces réserves, ce travail établit avec succès une base pour les recherches futures. Il prouve que la Formation de Harudi détient un enregistrement climatique lisible et suggère que le réchauffement de l'Éocène moyen a pu avoir un début plus complexe et plus précoce dans cette région que ce qui était précédemment pensé, invitant à une enquête plus approfondie sur le fonctionnement réel de ce monde de serre ancien.