S'abonner

A methane fuse for the Cambrian explosion: carbon cycles and true polar wander - 01/01/03

Doi : 10.1016/S1631-0713(03)00011-7 

Joseph L.  Kirschvink ab * ,  Timothy D.  Raub a 1

1  Present address: Department of Geology and Geophysics, Yale University, New Haven, CT 05620-8109, USA.

*Correspondence and reprints.

Voir les affiliations

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

pages 14
Iconographies 4
Vidéos 0
Autres 0

Résumé

The dramatic diversification of animal groups known as the Cambrian Explosion (evolution's Big Bang') remains an unsolved puzzle in Earth Science. The Vendian-Cambrian interval is characterized by anomalously high rates of apparent plate motion, interpreted as True Polar Wander (TPW), and by more than a dozen large, high-frequency perturbations in carbon isotopes that dwarf all others observed through the past 65 million years. We suggest that these biological, tectonic, and geochemical events are intimately related in the following fashion. First, tropical continental margins and shelf-slopes which formed during fragmentation of the supercontinent Rodinia accumulated massive quantities of isotopically-light organic carbon during Late Neoproterozoic time, as indicated by strikingly heavy isotope ratios in inorganic carbon during interglacial intervals. Second, an initial phase of Vendian TPW moved these organic-rich deposits to high latitude, where conditions favored trapping biogenic methane in layers of gas hydrate and perhaps permafrost. Continued sedimentation during Late Vendian time added additional hydrate/gas storage volume and stabilized underlying units until the geothermal gradient moved them out of the clathrate stability field, building up deep reservoirs of highly pressurized methane. Finally, a burst of TPW brought these deposits back to the Tropics, where they gradually warmed and were subjected to regional-scale thermohaline eddy variation and related sedimentation regime changes. Responding to the stochastic character of such changes, each reservoir reached a critical failure point independently at times throughout the Cambrian. By analogy with the Late Paleocene Thermal Maximum event, these methane deposits yield transient, greenhouse-induced pulses of global warming when they erupt. Temperature correlates powerfully with biodiversity; the biochemical kinetics of metabolism at higher temperature decrease generation time and maintain relatively rich and dense invertebrate populations. Repeated thermal pulses along with progressive disruption and alteration of global ocean circulation patterns by TPW could cause the increase in diversity that accompanied the radiation of metazoans. We suggest that a methane fuse' ignited the Cambrian Evolutionary Explosion.

Résumé

La diversification dramatique des groupes animaux connus sous le nom d'Explosion cambrienne (le Big Bang de l'Évolution) demeure un puzzle non résolu dans le domaine des Sciences de la Terre. L'intervalle Cambrien-Vendien est caractérisé par des taux anormalement élevés de mouvements apparents de plaques, interprétés en tant que migration polaire « vraie » (True Polar Wander, TPW), et par plus d'une douzaine de grandes perturbations à haute fréquence au niveau des isotopes du carbone, qui éclipsent par leur ampleur toutes celles observées au cours des derniers 65 millions d'années. Nous proposons que ces événements biologiques, tectoniques et géochimiques soient intimement reliés de la manière suivante. D'abord, les marges et les talus continentaux tropicaux formés pendant la fragmentation du supercontinent de Rodinia ont accumulé des quantités massives de carbone organique isotopiquement léger pendant le Néoprotérozoïque supérieur, comme l'indiquent les rapports isotopiques étonnamment lourds du carbone inorganique pendant les intervalles interglaciaires. En second lieu, une première phase vendienne de TPW a déplacé ces dépôts riches en matière organique à des latitudes élevées, où les conditions ont favorisé le piégeage de méthane biogénique dans des couches d'hydrates de gaz et, peut-être, de pergélisol. La sédimentation continue pendant le Vendien supérieur a ajouté un volume additionnel de stockage des hydrates de gaz et a stabilisé les unités sous-jacentes jusqu'à ce que le gradient géothermique les eût déplacées hors du champ de stabilité des clathrates, accumulant des réservoirs profonds de méthane à haute pression. Enfin, un événement rapide de TPW a de nouveau apporté ces dépôts aux tropiques, où ils se sont graduellement réchauffés et ont été soumis à des variations de turbulence à l'échelle régionale de la couche thermohaline et à des changements de régime de sédimentation. En réponse au caractère stochastique de tels changements, chaque réservoir a, indépendamment des autres, atteint un point critique, et ce tout au long du Cambrien. Par analogie avec l'événement maximum thermique de la fin du Paléocène (LPTM), ces gisements de méthane déclenchent des épisodes transitoires de réchauffement global par effet de serre lorsqu'ils entrent en éruption. La température est fortement corrélée avec la biodiversité ; la cinétique biochimique du métabolisme à température élevée diminue le temps de génération et maintient des populations invertébrées relativement riches et denses. Les impulsions thermiques répétées, suivies de rupture et changements progressifs dans les itinéraires de la circulation globale des océans dus au TPW, pourraient être la cause de l'augmentation de la diversité qui a accompagné la radiation des métazoaires. Nous proposons qu'une « mèche au méthane » ait provoqué la mise à feu de l'Explosion cambrienne.

Mots clés  : Neoproterozoic ; Cambrian ; Paleomagnetism ; True polar wander ; Methane ; Clathrate ; Evolution.

Mots clés  : Néoprotérozoïque ; Cambrien ; Paléomagnétisme ; Dérive « vraie » des pôles ; Méthane ; Clathrate ; Évolution.

Plan



© 2003  Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Vol 335 - N° 1

P. 65-78 - janvier 2003 Retour au numéro
Article précédent Article précédent
  • The seismological picture of the inner core: structure and rotation
  • Annie Souriau, Raphaël Garcia, Georges Poupinet
| Article suivant Article suivant
  • Some characteristics of geomagnetic reversals inferred from detailed volcanic records
  • Jean-Pierre Valet, Emilio Herrero-Bervera

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’achat d’article à l’unité est indisponible à l’heure actuelle.

Déjà abonné à cette revue ?

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2024 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.