Paléozoïque - Climat et variations climatiques
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L'ère Paléozoïque (éon Phanérozoïque)
Le Paléozoïque, qui s'étend de -541 à -252 millions d'années (Ma), est la première ère géologique de l'éon Phanérozoïque. Il s'agit d'une ère importante pour la biologie, car elle a vu l'apparition de la vie sur Terre. En effet, de nombreux organismes ont émergé, notamment les animaux et les plantes. Le Paléozoïque a ainsi vu l'évolution des premiers vertébrés, qui ont progressivement gagné en complexité et en capacité de mouvement. Les vertébrés sont devenus des prédateurs importants dans les eaux et sur les terres, cela a fortement contribué à l'évolution de la biodiversité.
Durant le Paléozoïque, qui a duré environ 289 millions d'années, la Terre a subi de nombreuses transformations géologiques, telles que la formation de nouveaux continents, la collision de plates-formes tectoniques, ainsi que l'élévation et la baisse des niveaux marins. Cette variabilité géologique a créé un environnement variable pour les formes de vie existantes, qui ont dû s'adapter pour survivre.
Le Paléozoïque se décompose en six périodes :
- le Cambrien (-541 à -485 Ma) ;
- l'Ordovicien (-485 à -444 Ma) ;
- le Silurien (-444 à -419 Ma) ;
- le Dévonien (-419 à -359 Ma) ;
- le Carbonifère (-359 à -299 Ma) ;
- le Permien (-299 à -252 Ma).
Le Paléozoïque, un véritable développement de la vie terrestre
Chaque période a vu l'émergence de nouvelles formes de vie, mais aussi l'extinction de certaines espèces.
Par exemple, la période du Cambrien a vu l'apparition des premiers animaux et des premières plantes terrestres. Tandis que la période du Permien a été marquée par une extinction massive. En effet, durant l'extinction dite du Permien-Trias, 90 % de la faune marine et de 70 % des vertébrés terrestres auraient disparu.
L'explosion cambrienne
L'explosion cambrienne est l'un des événements les plus importants de l'histoire de la vie sur Terre. C'est une période de l'histoire de la Terre qui a eu lieu il y a environ 541 millions d'années, au cours de laquelle on a assisté une augmentation rapide et significative de la diversité des formes de vie animale.
Pendant cette période, qui a duré quelques 25 millions d'années, de nombreuses formes de vie animale ont émergé, dont beaucoup ont continué à évoluer pour devenir les formes de vie que nous connaissons actuellement.
L'explosion cambrienne serait due à une combinaison de facteurs, notamment l'augmentation de l'oxygène dans l'atmosphère et l'apparition massive de prédateurs.
Vue d'artiste de tribobites par Heinrich Harder (1858-1935)
Les animaux du Paléozoïque
Parmi les premiers animaux apparus dès le Cambrien, on peut citer :
- les trilobites : des crustacés arthropodes qui ont été très abondants et diversifiés. Ils ont laissé de nombreux fossiles ;
- les brachiopodes : des mollusques benthiques à coquille bivalve qui ont été nombreux. Ils ont évolué pour s'adapter à différents types d'habitats marins ;
- les échinodermes : des animaux marins tels que les oursins, les étoiles de mer et les crinoïdes. Ils ont joué un rôle primordial dans les écosystèmes marins ;
- les cnidaires : les méduses et les anémones de mer. Ils ont été parmi les premiers animaux à développer des organes de défense ;
- les poissons : les premiers poissons étaient des créatures primitives sans mâchoires, comme les ostracodermes. Les poissons plus évolués, comme les placodermes et les actinoptérygiens, sont apparus plus tard au cours du Paléozoïque.
Les fossiles des trilobites et brachiopodes sont des indices importants de la géologie de la période paléozoïque.
Parmis les autres animaux apparus entre l'Ordovicien et le Permien, on trouve :
- les ammonites : des mollusques céphalopodes qui ont prospéré dans les océans à partir du Dénovien ;
- les insectes : les insectes sont apparus pour la première fois dans les archives fossiles du Dévonien, mais ils se sont diversifiés et ont proliféré pendant la période du Carbonifère. Les insectes du Paléozoïque incluaient des libellules géantes et des arthropodes prédateurs ;
- les amphibiens : les amphibiens ont évolué à partir de poissons à nageoires charnues pendant la période du Devonien. Ils étaient adaptés à la vie sur terre et dans l'eau, mais leur dépendance à l'eau pour la reproduction limitait leur distribution.
- les reptiles : les premiers reptiles ont évolué à partir d'amphibiens pendant la période du Carbonifère, mais ils ne sont devenus dominants qu'à la fin de la période du Permien. Les reptiles ont prospéré pendant le Mésozoïque et ont finalement évolué en oiseaux et en mammifères.
La végétation au Paléozoïque
Au début du Paléozoïque, la végétation était principalement composée de cynobactéries, puis les plantes ont commencé à évoluer et à se diversifier.
Les plantes non-vasculaires, comme les algues et les mousses, ont commencé à apparaître au Silurien. Au Dévonien les plantes ont commencé à se développer sur la terre ferme et à former des forêts basses de mousses, de fougères et de lycopodes. Les premiers arbres sont apparus à la fin du Dévonien.
Au Carbonifère, les plantes ont connu une explosion de diversité. Des arbres géants tels que les lycopodes, les calamites et les fougères arborescentes ont dominé les forêts. Ces arbres ont fini par former des gisements de charbon, des dépôts de matière organique qui se sont fossilisés sous la surface de la terre. Les gymnospermes, tels que les conifères, ont commencé à apparaître plus tard au Carbonifère
Au Permien, les plantes ont continué à évoluer, mais ont subi des perturbations importantes à la fin de l'ère en raison de la plus grande extinction de masse de l'histoire de la Terre.
Le climat global du Paléozoïque
Globalement, l'ère Paléozoïque est considérée comme une période chaude de l'histoire de la Terre.
Cependant, le climat a évolué en fonction des changements géologiques, des éruptions volcaniques, de la position des continents, des variations de l'inclinaison de l'axe de la Terre et des niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Au début du Paléozoïque, l'atmosphère était principalement composée de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4). Cette atmosphère riche en gaz à effet de serre a favorisé le réchauffement de la planète et a permis l'apparition de la vie complexe, notamment des premiers organismes multicellulaires.
Vue d'artiste de la végétation luxuriante au Paléozoïque par Eduard Riou (1838-1900)
Le climat au Cambrien (-541 à -485 Ma)
Tout au début du Paléozoïque, au Cambrien, le climat était particulièrement chaud et humide, avec des températures globales moyennes estimées entre 20 à 25 °C. Il y avait peu de différences de température entre les régions polaires et équatoriales, du fait d'une présence élevée de niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Il s'agit d'une période durant laquelle la vie marine était très prospère.
Le climat à l'Ordovicien (-485 à -444 Ma)
Le début de l'Ordovicien était très chaud, avec des conditions d'effet de serre intenses et des températures de surface de la mer élevées. À la fin de l'Ordovicien, la Terre s'est refroidie, laissant place à un climat plus tempéré. La teneur en gaz carbonique aurait diminué de moitié, provoquant une baisse de température globale d'environ 5 °C et une entrée dans une période glaciaire.
Glaciation de l'Ordovicien
La glaciation de l'Ordovicien, s'est produite entre -460 et -440 millions d'années. La glace recouvrait jusqu'à 30 % de la surface terrestre. La glaciation de l'Ordovicien a eu un impact significatif sur la vie marine, avec une extinction massive de la biodiversité à la fin de la période.
Le climat au Silurien (-444 à -419 Ma)
Au cours du Silurien qui a suivi, le climat était relativement stable, avec des températures moyennes de l'ordre de 15 à 20 °C. En effet, il y avait des variations saisonnières plus marquées, des glaciations sporadiques dans les régions polaires et un refroidissement des océans.
Au début du Silurien, la Terre était dans un état de refroidissement, ce qui a entraîné une baisse des niveaux de la mer et la formation de vastes calottes glaciaires dans les régions polaires. Cependant, ces calottes glaciaires ont commencé à fondre à la fin du Silurien, conduisant à une augmentation des niveaux de la mer et à un réchauffement climatique progressif.
Le climat au Dénovien (-419 à -359 Ma)
Au Dénovien, le climat de la Terre était assez chaud et humide, avec des températures moyennes de l'ordre de 20 à 25 °C. Le niveau de la mer était également élevé pendant cette période, ce qui a favorisé le développement de vastes étendues de récifs coralliens et d'autres formes de vie marine.
Les plantes ont commencé à se diversifier et à s'étendre sur la terre ferme, formant des forêts luxuriantes qui ont contribué à réguler les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Des glaciations mineures se sont produites pendant le Dévonien, mais elles ont été limitées avec un faible impact sur le climat global. Pendant le Dévonien, la teneur en oxygène dans l'atmosphère a commencé à augmenter, atteignant environ 35 % à la fin de la période.
Le climat au Carbonifère (-359 à -299 Ma)
Le climat du carbonifère était relativement chaud et humide, avec des températures moyennes de 20 °C. Les niveaux de gaz à effet de serre étaient également très élevés, ce qui a entraîné une augmentation des températures globales. La période a été nommée Carbonifère car d'importante gisements de charbon se sont formés à partir des forêts luxuriantes qui couvraient la planète à l'époque.
Le climat carbonifère a également été marqué par des fluctuations de la concentration en oxygène de l'atmosphère. À certains moments, la concentration en oxygène a atteint des niveaux très élevés, ce qui a permis aux animaux terrestres et aquatiques de prospérer. Cependant, à la fin du Carbonifère, la Terre a connu un refroidissement global, probablement en raison de l'absorption de dioxyde de carbone par les océans et la formation de vastes calottes glaciaires. Cela a marqué le début d'une longue période glaciaire.
Glaciation du Carbonifère-Permien (ou de Karoo)
Au cours de la fin du Carbonifère et du début du Permien, qui ont clôturé l'ère Paléozoïque, la Terre a connu l'une des plus grandes glaciations de son existence ! Cette glaciation qui dura de −320 à −260 millions d'années est connue sous le nom de glaciation du Carbonifère-Permien ou glaciation du Karoo a provoqué une baisse spectaculaire des températures globales. Certaines parties de la Terre étaient entièrement recouvertes de glace, tandis que les océans étaient plus froids, mais aussi plus acides.
Le climat au Permien (-299 à -252 Ma)
Au cours du Permien, la Terre a connu des changements climatiques significatifs, allant d'un climat glaciaire à un climat chaud et sec.
Au début du Permien, la majeure partie des terres émergées étaient regroupées en un supercontinent appelé Pangée, qui était situé près du pôle Sud. Cette position a conduit à des conditions climatiques globalement froides, avec des glaciers couvrant de vastes régions de la planète. Puis les continents ont commencé à se déplacer vers des latitudes plus chaudes, ce qui a entraîné une augmentation de la température globale.
La teneur en dioxyde de carbone a commencé à augmenter à nouveau, atteignant environ 1 000 ppm à la fin de la période. Cette augmentation a été causée par l'activité volcanique intense qui a libérée de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère.
Cette augmentation de l'effet de serre a contribué à la fin de la période glaciaire et à un nouveau réchauffement de la planète avec pour conséquences, une forte augmentation du niveau de la mer, avec de vastes zones côtières submergées par les océans. Vers la fin du Permien, la température moyenne de la planète était d'environ 30 °C.
L'extinction du Permien
Le Permien s'est clôturé par l'une des plus grandes extinctions de masse de l'histoire de la Terre : "l'extinction du Permien". Elle s'est produite il y a environ 252 millions d'années à la fin du Permien, et a entraîné l'extinction de plus de 90 % des espèces marines et environ 70 % des espèces terrestres.
L'extinction du Permien a été associée à des changements climatiques importants, notamment une augmentation significative du gaz à effet de serre dans l'atmosphère.
Des variations climatiques influencées par la géologie et la biologie
Durant le Paléozoïque les continents se sont regroupés en un seul supercontinent, la Pangée, et l'océan Panthalassa recouvrait la majeure partie de la planète.
La formation du supercontinent, la Pangée
La formation de la Pangée a débuté il y a environ 320 millions d'années, à la fin du Carbonifère. Auparavant, la Terre était constituée de plusieurs continents plus petits répartis sur l'ensemble de la planète. Avant la formation du supercontinent Pangée, il existait plusieurs océans sur Terre : Panthalassa, Rheic, Lapétus et Téthys. Les mouvements tectoniques ont été à l'origine de la séparation et de la réunion des continents.
Au début de l'ère Paléozoïque, la Terre était composée de deux masses continentales principales : la Laurasie et le Gondwana. L'Amérique du Sud et l'Afrique formaient le Gondwana, qui était séparé de la Laurasie (Amérique du Nord, de l'Europe et de l'Asie), par l'océan Téthys.
Les continents ont commencé à se rapprocher au cours du Permien, il y a environ 299 millions d'années. Ce mouvement a été déclenché par des forces tectoniques et la subduction des plaques tectoniques qui ont provoqué la fermeture de l'océan Téthys et la collision des masses continentales de la Laurasie et du Gondwana.
La présence d'une seule masse continentale a entraîné une circulation atmosphérique plus uniforme, ce qui a contribué à la création d'un climat chaud et humide sur l'ensemble de la planète. La fermeture de l'océan Téthys a également fortement modifié les courants océaniques et les modèles climatiques, avec un impact important sur la biodiversité de la planète.
La végétation dense, régulateur du climat
La vie végétale a également joué un rôle important dans l'évolution du climat du Paléozoïque. Les forêts tropicales luxuriantes qui recouvraient la planète ont joué un rôle important dans la régulation des niveaux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère. En effet, ces forêts ont absorbé le gaz dans le cadre du processus de photosynthèse. Cette diminution des niveaux de CO2 a ainsi contribué à diminuer l'effet de serre, et donc, à refroidir progressivement la Terre.