Facilitation or Inhibition: the role of volcanic ash in lacustrine organic matter production
Cette étude révèle que les cendres volcaniques exercent une influence dépendante d'un seuil sur la production de matière organique lacustre dans la formation de Lucaogou du Jimsar Sag, où une teneur modérée en cendres (20–40 %) favorise la productivité par la libération de nutriments, tandis que des teneurs faibles (<20 %) et élevées (>40 %) ont des effets négligeables ou inhibiteurs, respectivement.
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Bien en dessous de la surface de la Terre, les volcans agissent comme de puissants moteurs qui déplacent la matière et l'énergie entre l'intérieur et la surface de la planète. Lorsqu'ils entrent en éruption, ils ne se contentent pas de cracher de la lave ; ils libèrent des gaz et des cendres qui dérivent dans l'air et se déposent dans les lacs et les océans. Ce processus est une partie critique de la manière dont la Terre recycle le carbone et les nutriments. Les scientifiques débattent depuis longtemps de ce qui arrive lorsque ces cendres volcaniques tombent dans un plan d'eau. Un camp de l'argumentation suggère que la cendre agit comme un engrais, déversant des nutriments essentiels qui provoquent l'épanouissement d'une vie microscopique et créent de vastes quantités de matière organique. L'autre camp soutient que la cendre est toxique et aveuglante, étouffant la vie et stoppant la production. Comprendre laquelle de ces forces l'emporte n'est pas seulement une question de curiosité académique ; cela aide les géologues à déterminer où les gisements mondiaux de pétrole et de gaz pourraient se cacher, puisque ces combustibles sont les restes anciens de cette matière organique.
Une équipe de chercheurs s'est lancée dans la résolution de ce puzzle en examinant une tranche spécifique de l'histoire géologique du bassin de Junggar, dans le nord-ouest de la Chine. Ils se sont concentrés sur une couche rocheuse appelée la Formation de Lucaogou, qui s'est déposée dans un lac ancien il y a des millions d'années. Ce lieu est un laboratoire naturel parfait car les couches rocheuses y sont continues et contiennent des quantités variables de cendres volcaniques, allant de très peu à très beaucoup. L'équipe a foré dans la terre pour récupérer des échantillons de carottes, qui sont des cylindres de roche préservant l'histoire du lac dans leurs strates. En analysant ces échantillons, ils pouvaient voir exactement quel type de vie vivait là et quel était le niveau de productivité du lac à différentes époques, selon la quantité de cendres tombant dans l'eau.
Les chercheurs ont commencé par identifier la source de la matière organique piégée dans les roches. En utilisant des marqueurs chimiques qui agissent comme des empreintes digitales pour différents types de vie, ils ont découvert que le matériau organique provenait de sources mixtes : des algues et des bactéries vivant dans l'eau, ainsi que certaines plantes provenant de la terre. Cependant, les contributeurs dominants étaient les organismes aquatiques. Ils ont également découvert que le lac ancien était dans un état où l'oxygène était rare, une condition qui aide à préserver la matière organique. Pour comprendre la productivité du lac, l'équipe devait choisir les bons outils chimiques. Ils ont testé plusieurs indicateurs, mais ont déterminé que certains étaient trompeurs car l'environnement du lac ancien était chimiquement complexe. Ils ont déterminé que le rapport entre le cuivre et le titane dans la roche était le moyen le plus fiable de mesurer la vitalité de la vie, car le cuivre a tendance à se fixer à la matière organique dans ces conditions à faible teneur en oxygène.
La découverte la plus frappante est apparue lorsque l'équipe a examiné comment la quantité de cendres volcaniques modifiait l'histoire de la vie dans le lac. Ils ont découvert que la relation n'était pas un simple « plus de cendres égale plus de vie » ou « plus de cendres égale moins de vie ». Au lieu de cela, l'effet dépendait entièrement de la concentration de la cendre. Lorsque la teneur en cendres volcaniques était faible, représentant moins de 20 % de la roche, elle n'avait presque aucun effet sur la quantité de vie dans le lac. Les chercheurs suggèrent qu'à ces faibles niveaux, la cendre avait déjà perdu une grande partie de sa valeur nutritive au moment où elle se déposait, de sorte qu'elle n'aidait ni ne nuisait aux organismes.
L'histoire changeait lorsque la teneur en cendres volcaniques atteignait un niveau modéré, entre 20 et 40 %. Dans cette plage, la cendre agissait comme un puissant catalyseur. À mesure que la quantité de cendres augmentait, le lac devenait incroyablement productif. La cendre libérait un flux de nutriments tels que l'azote et le phosphore, ce qui provoquait la multiplication rapide des bactéries et des algues. Les chercheurs ont observé que différents types de vie réagissaient différemment à ce boost. Les cyanobactéries, un type de bactérie ancienne, ont prospéré en premier lorsque les niveaux de cendres étaient dans la partie basse de cette plage modérée. À mesure que la teneur en cendres augmentait dans cette fenêtre de 20 à 40 %, les algues vertes et d'autres bactéries prenaient le dessus, atteignant leur abondance maximale lorsque la teneur en cendres se situait entre 35 et 40 %. Cette période représente le « point idéal » où la cendre volcanique a aidé à créer les riches couches organiques qui pourraient éventuellement devenir du pétrole.
Cependant, les bénéfices de la cendre volcanique ont une limite nette. Lorsque la teneur en cendres dépassait 40 %, la dynamique basculait complètement. Le lac devenait un environnement hostile. Le volume massif de cendres introduisait des niveaux élevés de substances toxiques, telles que le plomb et le mercure, qui empoisonnaient l'eau. De plus, l'épais nuage de particules de cendres rendait l'eau si trouble que la lumière du soleil ne pouvait pas pénétrer, empêchant les plantes et les algues de réaliser la photosynthèse. Le résultat fut une mortalité massive de la vie aquatique. Les marqueurs chimiques ont montré un déclin rapide de l'abondance de tous les organismes, et la production de nouvelle matière organique s'est arrêtée net.
En assemblant ces indices chimiques, les chercheurs ont cartographié trois phases distinctes de l'influence de la cendre volcanique sur un lac. À des niveaux faibles, la cendre est trop faible pour faire une différence. À des niveaux modérés, elle agit comme un catalyseur riche en nutriments qui alimente un essor de la vie. Mais à des niveaux élevés, elle devient une force destructrice qui tue l'écosystème. Cette compréhension nuancée aide à expliquer pourquoi certains lits de lacs anciens sont riches en pétrole tandis que d'autres ne le sont pas. Cela suggère que les périodes les plus productives pour la formation de pétrole n'étaient pas celles où les volcans étaient dormants, ni celles où ils entraient en éruption constamment, mais durant les périodes d'activité volcanique régulière et modérée qui fertilisaient le lac sans le submerger. Cette découverte fournit un guide plus clair pour explorer où les prochaines grandes réserves de pétrole pourraient être trouvées dans les contextes riches en cendres volcaniques à travers le monde.
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