Les roches terrestres gardent des séquelles irréversibles de l'activité humaine

En analysant toutes sortes d'indicateurs de l'influence humaine sur les roches de notre planète, les scientifiques pourraient bientôt déterminer la date de début de l'Anthropocène : l'ère géologique de l'impact de l'activité humaine sur les écosystèmes.

De Andrew Curry
Publication 24 juin 2022, 17:36 CEST
Les sédiments du lac Crawford, dans le sud de l'Ontario, sont l'un des endroits où les ...

Les sédiments du lac Crawford, dans le sud de l'Ontario, sont l'un des endroits où les géologues cherchent un marqueur (les retombées des bombes atomiques, par exemple) qui pourrait permettre de déterminer le début de l'Anthropocène dans les marques géologiques.

PHOTOGRAPHIE DE Tim Patterson

BERLIN, ALLEMAGNE – Sur une scène du centre de Berlin, le mois dernier, Jens Zinke a sorti une plaque blanche d’une pochette en plastique transparent. Au premier abord, elle ressemblait à un morceau de polystyrène, avec une rainure de la taille d’un crayon taillée le long de sa surface. Mais en y regardant de plus près, la plaque s’est révélée aussi dure que la roche : il s’agissait d’un morceau de corail prélevé sur le récif de Flinders, une imposante formation sous-marine située à près de 240 kilomètres de la côte est de l’Australie.

Flinders est le genre d’endroit isolé que l’on peut imaginer préserver une nature vierge. La zone immédiate « est dépourvue des influences humaines habituelles : tourisme, ruissellement agricole et pollution industrielle », explique Zinke, paléoclimatologue à l’université de Leicester, au Royaume-Uni.

Cela pourrait faire du récif un endroit idéal pour illustrer le concept selon lequel l’être humain modifie la Terre non seulement au niveau local, mais aussi mondial, et de manière durable sur le plan géologique. Depuis la Seconde Guerre mondiale, l’augmentation rapide de la population humaine et de nos activités industrielles et agricoles a créé ce que l’on a appelé une « grande accélération » de l’impact humain.

Selon certains chercheurs, le changement des systèmes terrestres est si profond que nous sommes entrés dans une nouvelle ère géologique. Après les périodes glaciaires du Pléistocène et l’époque chaude et stable de l’Holocène qui, dans les 12 000 dernières années, a donné naissance à la civilisation humaine, nous avons désormais lancé l’ère de « l’Anthropocène ».

Si c’est bien le cas, il faut aux géologues un moyen de déterminer de manière tangible quand celle-ci a commencé. Zinke comptait parmi les dizaines de scientifiques qui se sont réunis lors d’une conférence dans la capitale allemande pour parler des sites à travers le monde qui pourraient marquer le début de l’Anthropocène.

« L’Anthropocène est-il une chose réelle dans les traces géologiques ? La réponse à cette question est oui », déclare Anthony Barnosky, un biologiste qui gère la réserve biologique Jasper Ridge de l’université de Stanford, et qui a également participé à la réunion de Berlin. « La prochaine étape est la suivante : trouver un site qui montre clairement la transition, un moment auquel elle a commencé, ainsi qu’un signal que l’on peut rechercher… un marqueur globalement synchrone qui restera pour toujours gravé dans les roches. »

Le récif de Flinders est l’un des douze sites candidats qui sont encore à l’étude. Les coraux y grandissent d’environ un centimètre par an. En capturant les produits chimiques de l’eau de mer, ils enregistrent précisément des changements dans sa chimie. Les rayons X des échantillons de corail prélevés par Zinke, de l’épaisseur d’un crayon, révèlent des lignes de croissance annuelles, comme les cernes d’un arbre, mais invisibles à l’œil nu, qui permettent de dater précisément le corail. Ses échantillons du récif de Flinders ont plus de 300 ans, ayant été datés à 1710.

Pendant la majeure partie de cette période, les graphiques mesurant le contenu chimique du corail ne changent pas beaucoup. Mais à partir de 1957, les carottes du récif de Flinders enregistrent une forte hausse des isotopes radioactifs comme le plutonium et le radiocarbone, héritage des essais atomiques en surface effectués avant l’entrée en vigueur de leur interdiction mondiale en 1963. Le corail enregistre également des quantités plus élevées de sel et d’azote.

« Tout cela montre l’impact de l’humain sur la planète », souligne Zinke.

 

LES CLOUS D’OR

Pour définir le début d’une nouvelle étape sur l’échelle des ères géologiques, les géologues utilisent un marqueur appelé « point stratotypique mondial » (PSM) ou « clou d’or ». Ce type de marqueur est aussi bien conceptuel que physique : les chercheurs recherchent la caractéristique la plus ancienne que les sites de cette période ont en commun. Ensuite, ils peuvent fixer un marqueur physique, plus probablement une plaque de laiton qu’un véritable clou d’or, à la base de cette couche sur un site où l’élément est facilement reconnaissable. La glace, elle aussi, peut servir de clou d’or, auquel cas les échantillons restent intacts dans un congélateur.

Souvent, l’élément clé est un fossile, mais pas nécessairement le plus célèbre. La période du Jurassique est surtout connue pour le Diplodocus, le Stegosaurus et ses autres dinosaures, mais ce qui définit son début, c’est la propagation rapide d’une espèce particulière de mollusque marin : une sorte d’ammonite appelée Psiloceras spelae. « La plupart des études se concentrent sur un marqueur primaire : un fossile et son apparition, ou un marqueur biochimique », explique le géologue Colin Waters, l’un des organisateurs de la conférence de Berlin.

Se qualifier pour un « clou d’or » n'est pas chose aisée. Chaque limite géologique n’en reçoit qu’un seul, et les sites potentiels sont soumis à un processus de vérification qui dure des années. Un comité d’experts, l’Anthropocene Working Group (AWG), s’en charge depuis plus de dix ans.

Après avoir déterminé que les années 1950 étaient le point de départ le plus probable de l’Anthropocène, les membres de l’AWG ont commencé à rechercher un site qui permettrait de recueillir des preuves physiques pour en attester. Une dizaine de sites ont rapidement émergé, du récif de Flinders à la baie de Beppu au Japon, en passant par la calotte glaciaire de l’Antarctique. Lors de la réunion de Berlin, les résultats de chaque site ont été présentés en détail, ce qui a permis aux chercheurs de comparer les preuves.

Au cours des prochains mois, les chercheurs examineront attentivement les données rassemblées. D’ici la fin de l’année, ils devront choisir un seul site. Leur choix devra ensuite être ratifié par un groupe plus important de géologues, la Commission internationale de stratigraphie, qui fait elle-même partie de l’Union internationale des sciences géologiques. Les règles indiquent que le clou d’or de l’Anthropocène doit se trouver dans un endroit auxquels d’autres scientifiques pourront se rendre afin de l’examiner, de l’échantillonner plusieurs fois et d’obtenir les mêmes résultats, bien que cela puisse inclure des carottes de glace ou de coraux stockés.

 

DES INDICATEURS CLAIRS

Lors de la réunion de Berlin, présentation après présentation, la même histoire était racontée : que ce soit dans les carottes de glace de l’Antarctique, dans la boue de Californie ou dans les coraux australiens, quelque chose d’important a changé dans les années 1950, et a continué à changer au cours des décennies suivantes. « Ce n’est pas juste un seul élément de preuve », explique Simon Turner, géographe à l’University College London. « Nous avons une abondance de données qui démontrent une accélération de l’activité humaine dans l’environnement. »

Jerome Kaiser, chercheur à l’Institut Leibniz de recherche sur la mer Baltique en Allemagne, a extrait une carotte de sédiments rayée et longue de plus de 45 centimètres du fond de la mer Baltique, à quelques centaines de kilomètres des côtes allemandes. Contrairement à l’Antarctique, la région de la Baltique est très peuplée : 85 millions de personnes vivent dans la zone de chalandise de la mer. Ses profondeurs sont généralement calmes et dépourvues d’oxygène, de sorte que les sédiments se déposent doucement au fond, formant une accumulation compacte de tout ce qui se déverse dans la mer. La carotte de Kaiser présente ainsi 150 ans de boue des fonds marins.

En montrant un point situé à un peu plus de la moitié de la carotte, Kaiser explique que les choses commencent vraiment à changer vers 1956. C’est à ce moment-là que les fines couches de boue commencent à contenir les résidus invisibles des changements survenus dans le monde entier : plutonium et américium radioactifs provenant des essais de bombes lointains dans le Pacifique, apparition du pesticide toxique DDT et augmentation des niveaux de particules de suie provenant des centrales électriques au charbon qui ont proliféré après la Seconde Guerre mondiale.

Bien que nombre de ces indicateurs ne puissent être détectés qu’au microscope ou en recherchant des résidus chimiques spécifiques, un changement particulier est plus évident que les autres. Selon Kaiser, dans la période d’après-guerre, alors que les agriculteurs européens adoptaient massivement des engrais artificiels, des dizaines de rivières ont commencé à déverser du sol enrichi directement dans la Baltique, des nutriments qui ont stimulé les algues et autres populations de plantes marines. Le changement est très visible : la couleur des sédiments change brusquement avec l’apparition de matières organiques, passant du gris au brun foncé.

« La transition du milieu des années 1950 est clairement visible à l’œil nu », explique le chercheur. « On peut vraiment dire, "c’est juste là, le début de l’Anthropocène". »

Certains candidats au clou d’or montrent des signes encore plus clairs de l’influence humaine. Dans les collines surplombant la baie de San Francisco, un lac en grande partie envasé conserve 130 ans de boue déposée chaque année, en couches bien définies de 2,5 centimètres d’épaisseur environ. Appelé réservoir de Searsville, il s’agit d’un lac artificiel créé dans le cadre d’un projet de barrage en 1892, et qui fait désormais partie de la réserve biologique de Jasper Ridge, à Stanford.

« C’est une marque géologique créé par l’activité humaine », explique Allison Stegner, paléobiologiste à Stanford.

Gauche: Supérieur:

Les scientifiques prélèvent une carotte de sédiments d'un autre site candidat au « clou d’or » de l'Anthropocène : le réservoir de Searsville, en Californie. Il s'agit d'un lac artificiel qui s'envase lentement avec d'épaisses couches de boue.

PHOTOGRAPHIE DE Elizabeth Hadly
Droite: Fond:

La boue de Searsville fournit des traces annuelles des changements à la fois locaux et mondiaux : le site capture des produits chimiques provenant du Pacifique.

PHOTOGRAPHIE DE Allison Stegner

Chaque année, la boue de Searsville piège des substances typiques de l’accélération de l’Anthropocène. À partir des années 1930, par exemple, on observe une augmentation mesurable des particules sphéroïdales carbonées, terme technique désignant la suie à grain fin émise par les centrales électriques et les cheminées d’usine, ainsi que d’autres polluants comme le mercure. Il y a également du plomb provenant de l’utilisation accrue d’essence au plomb dans le monde. « Nous observons des signaux globaux de la grande accélération », déclare Stegner. À partir du moment où l’essence au plomb a commencé à être éliminée progressivement dans les années 1970, les niveaux de plomb ont diminué dans les échantillons.

Un indicateur particulièrement clair à Searsville, comme au récif de Flinders, c’est le pic de radiation causé par les explosions de bombes nucléaires, qui a commencé dans les années 1940 et a atteint son apogée en 1963.

« Les radionucléides coïncident avec des changements importants sur la planète, ont un début et un pic spécifiques et sont répartis uniformément sur la planète », explique Stegner. « Peu importe la cause, nous cherchons simplement quelque chose de simultané. »

 

PEUT-ON REVENIR EN ARRIÈRE ?

Autour d’un café et d’un déjeuner végétarien sous le chaud soleil printanier, les membres du groupe AWG ont convenu que la recherche du début de l’Anthropocène pouvait être déprimante. L’activité humaine a déclenché un changement durable, et rien n’est sûr quant à ce que l’avenir nous réservera. « Il n’y a pas de retour en arrière, ce n’est pas réversible », regrette Elizabeth Hadly, biologiste à Stanford. « Ce sera différent, et la transition sera difficile. »

Un peu d’optimisme était tout de même présent lors de la réunion. L’espoir est venu de sources improbables, tels que la calotte glaciaire de la péninsule Antarctique, où des chercheurs britanniques ont recueilli de la glace de glaciers remontant à plusieurs siècles. Le site, situé à plus de près de 650 kilomètres de la station de recherche la plus proche, ne peut être atteint qu’à l’aide d’un avion Twin Otter équipé de skis.

En 2012, une équipe de chercheurs a foré à 133 mètres de profondeur, retirant la glace par sections d’un mètre de long et les emballant dans des dizaines de boîtes en carton pour le vol de retour à la station de recherche. Elles ont fait le long voyage en mer jusqu’aux laboratoires du Royaume-Uni dans un conteneur réfrigéré à -25 °C, soit à peu près la même température que leur source sur la péninsule Antarctique. Les carottes ont préservé quatre siècles de chutes de neige annuelles, à partir de 1621, ainsi que les bulles d’air emprisonnées dans la neige.

Le deuxième jour de la conférence, Liz Thomas, scientifique du British Antarctic Survey, est montée sur scène pour présenter les données provenant des carottes de glace. Les bulles d’air, qui éclatent et crépitent en laboratoire lorsque la glace est fondue pour être analysée, révèlent quelque chose de remarquable : le méthane, un gaz à effet de serre quatre-vingt fois plus puissant que le dioxyde de carbone, a commencé à augmenter en 1800, mais est monté en flèche au milieu des 20e siècle, reflétant l’expansion mondiale de l’industrie et de l’agriculture. Il est émis par tout, des puits de pétrole aux rizières en passant par les rots des vaches.

« Entre les années 1950 et 1970, l’accélération du méthane est 100 fois supérieure à ce que l’on avait observé au cours des 1 000 années précédentes », explique Thomas.

Pour la scientifique, les mesures du méthane sont en fait un signe d’espoir. Contrairement au CO2, le méthane présent dans l’atmosphère se dissipe après une dizaine d’années environ. « Si on commence à apporter des changements dans l’utilisation des terres et l’agriculture, on ne tardera pas à observer une baisse du méthane, alors que le CO2 dure beaucoup plus longtemps », explique-t-elle. « C’est pourquoi nous pourrions changer les choses si nous arrêtions de manger de la vache. »

En d’autres termes, les clous d’or, quels que soient les changements qu’ils marquent dans l’histoire géologique, tels que la prolifération de mollusques anciens, d’isotopes radioactifs issus des essais de bombes, ou de suie provenant des centrales électriques au charbon, sont éternels. Mais il n’est pas trop tard pour freiner la grande accélération.

Je crains que si nous disons que nous avons atteint une nouvelle ère, les gens diront "le mal est fait, abandonnons" », estime Thomas. « Mais nous pouvons encore changer et améliorer les choses. »

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.

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