Rapports isotopiques de l’oxygène des océans mésozoïques revisités – Oxymore

Le projet OXYMORE se base sur trois axes complémentaires pour reconstituer les variations spatiotemporelles du rapport oxygène 18/oxygène 16 des océans mésozoïques en s’appuyant sur :

1) l’utilisation de paléo-thermomètres indépendants, grâce aux différentes mesures géochimiques réalisées sur des fossiles d'invertébrés marins. Ces fossiles sont principalement échantillonnés à partir de collections académiques et complétés par des travaux de terrain pour trois intervalles de temps clés.

2) l’utilisation de mesures isotopiques réalisées sur des restes de fossiles d'animaux marins endothermes (à « sang chaud »). Ces animaux, capables de maintenir une température corporelle constante, incorporent ainsi les isotopes de l’oxygène en fonction du rapport oxygène 18/oxygène 16 des océans. Cette approche requiert une cartographie isotopique détaillée de squelettes d’endothermes marins modernes (cétacés) et mésozoïques (ichtyosaures et plésiosaures) afin d'identifier les éléments du squelette les moins affectés par les changement de températures extérieure. Des mesures isotopiques systématiques des éléments sélectionnés d'âge et de régions différentes seront ensuite effectuées en utilisant les collections de musées et des travaux de terrain.

3) l’utilisation de bases de données isotopiques et climatiques des océans modernes et de modèles numériques. Ces simulations seront utilisées pour étudier l'impact de la paléogéographie sur la composition isotopique de l’océan pour quatre intervalles clés. Ces simulations permettront notamment d’examiner finement la dynamique hydrologique et isotopique des mers peu profondes mésozoïques, où se sont déposés la majeure partie des fossilises trouvés aujourd’hui.

Les résultats attendus de ce projet permettront d’éclairer d’une lumière ancienne la sensibilité climatique terrestre, avec des implications évidentes mais fondamentales pour les politiques environnementales et économiques mondiales.

NA.

Séon N, Amiot R, Martin J, Young M, S., Middleton H, Fourel F, Picot L, Valentin X and Lécuyer C (2020). Thermophysiologies of Jurassic marine crocodylomorphs inferred from the oxygen isotope composition of their tooth apatite. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 375(1793). doi 10.1098/rstb.2019.0139

L'ère du Mésozoïque (-250 Ma à -66 Ma) enregistre certains des plus hauts niveaux de CO2 atmosphérique de l'histoire de la Terre. L'absence d'estimations robustes des rapports isotopiques de l'oxygène de l'eau de mer (d18OSW) pour cet intervalle, cependant, limite fortement les reconstructions du climat mésozoïque et donc notre compréhension de la sensibilité climatique passée aux variations des concentrations de CO2. Le but de ce projet est de fournir les premières estimations fiables du d18OSW au Mésozoïque en utilisant trois approches complémentaires, afin de tester les hypothèses suivantes: 1) le Mésozoïque avait des valeurs de d18OSW « faibles », ce qui implique que son climat n'était pas particulièrement chaud et que d'autres facteurs que le CO2 contrôlent le climat terrestre à l'échelle géologique; 2) le Mésozoïque avait des valeurs de d18OSW « élevées », ce qui implique des conditions très chaudes et une sensibilité climatique plus élevée que couramment admise; 3) les valeurs du d18OSW ont changé rapidement et globalement pendant cet intervalle, de concert avec les changements du niveau de la mer à la suite des cycles greenhouse-icehouse.
Nous proposons trois axes complémentaires pour tester ces hypothèses: 1) nous comparerons les valeurs de d18O de brachiopodes avec les températures obtenues par différents paléothermomètres (rapport Mg/Ca ratios; delta47 sur certains spécimens) sur les mêmes échantillons afin de reconstituer les valeurs de d18OSW au cours du Mésozoïque. Les fossiles seront principalement échantillonnés à partir de collections académiques et complétés par des travaux de terrain pour trois intervalles de temps clés.
2) les valeurs de d18OSW seront retracées à partir des restes squelettiques d'endothermes marins, qui incorporent l’18O et l’16O principalement en fonction du d18OSW. La variabilité intra-squelettique du d18O sera d'abord cartographiée chez des endothermes marins modernes (cétacés) et mésozoïques (ichtyosaures et plesiosaures) afin d'identifier les éléments squelettiques moins affectés par l'hétérothermie régionale et donc capable de suivre plus fidèlement les changements de d18OSW. Des mesures systématiques du d18O des éléments sélectionnés d'âge et de paleolatitudes différentes seront ensuite effectuées en utilisant les collections de musées et des travaux de terrain.
3) les valeurs du d18OSW au Mésozoïque seront simulées à l'aide de bases de données du d18OSW des océans modernes et de modèles de circulation générale (GCM). Ces simulations seront utilisées pour étudier l'impact de la paléogéographie sur les valeurs du d18OSW pour quatre intervalles clés, et notamment pour examiner de façon critique l'hypothèse selon laquelle des forts apports d'eaux douces dans les mers peu profondes mesozoïques, qui constituent l'environnement de dépôt de la majeure partie des strates mésozoïques actuellement disponibles pour les mesures du d18O squelettique, ont pu produire des valeurs très faibles du d18OSW, conduisant à une forte surestimation des paléotempératures.
Les résultats seront intégrés pour estimer les changements spatiaux et temporels du d18OSW mésozoïque à court et à long terme, et ainsi examiner de manière critique les trois hypothèses clés susmentionnées. Les résultats attendus de ce projet permettront d’éclairer d’une lumière ancienne la sensibilité climatique terrestre, avec des implications évidentes mais fondamentales pour les politiques environnementales et économiques mondiales.