La modélisation du cycle ancien du carbone terrestre révèle que les arcs volcaniques ne sont devenus une source dominante d'émissions de gaz à effet de serre qu'à la fin de l'ère des dinosaures. Ce changement s'est produit il y a environ 100 millions d'années, entraîné par l'émergence de certains planctons océaniques 150 millions d'années plus tôt. Auparavant, la plupart du carbone était libéré par des processus de rift plutôt que par l'activité volcanique.
Le climat de la Terre a longtemps oscillé entre états de «maison de glace» et de serre, influencé par les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre. Les arcs volcaniques, comme ceux du Japon où les plaques tectoniques convergent, ont historiquement contribué aux émissions naturelles de carbone en libérant du CO2 de l'intérieur de la planète. Cependant, une nouvelle recherche indique que ce rôle s'est intensifié relativement récemment en termes géologiques. Ben Mather, de l'Université de Melbourne, en Australie, a dirigé une étude modélisant les 500 derniers millions d'années de tectonique des plaques et le cycle du carbone, publiée dans Nature Communications Earth and Environment. Les résultats montrent que les arcs volcaniques sont devenus la source principale de carbone il y a environ 100 millions d'années, près de la fin de l'âge des dinosaures. Ce changement remonte à environ 150 millions d'années, lorsque des phytoplanctons portant des écailles de carbonate de calcium sont apparus dans les océans. En mourant, ces organismes ont déposé d'immenses couches de carbonate de calcium sur le plancher océanique profond. Lorsque les plaques océaniques se subductent — glissant sous d'autres et se recyclant dans le manteau —, ce carbone stocké est emporté profondément dans la Terre. Mather explique : «La plupart du carbone du plancton qui quitte la plaque océanique en subduction se mélangera à l'intérieur fondu, mais une partie sera émise via les volcans des arcs volcaniques.» Avant ces planctons, les émissions des arcs volcaniques contenaient relativement peu de CO2. Tout au long de l'histoire de la Terre, le carbone était plutôt libéré par le rifting, où les continents se séparent sur des échelles de temps géologiques, comme observé dans le Rift est-africain ou les dorsales médio-océaniques. «Quand les plaques tectoniques s'écartent, vous 'découvrez' essentiellement une partie de l'intérieur fondu de la Terre», note Mather. Ce processus forme une nouvelle croûte et libère du carbone, les émissions dépendant de la longueur du rift et de la vitesse d'écartement. Au cours des 100 derniers millions d'années, les émissions des arcs volcaniques ont augmenté fortement, maintenant deux tiers plus élevées qu'il y a 150 millions d'années en raison du réservoir de carbone du plancher océanique issu des planctons. Aujourd'hui, la Terre se trouve dans une phase interglaciaire d'une plus grande ère glaciaire qui a commencé il y a 34 millions d'années. Les phytoplanctons continuent de séquestrer plus de carbone sur le plancher océanique que les volcans n'en libèrent, contribuant au climat actuel plus frais. Alan Collins, de l'Université d'Adélaïde, loue ces modèles pour éclairer comment le volcanisme et la tectonique ont façonné le climat au fil du temps, notant des changements dans la composition des sédiments océaniques dus à l'évolution de la vie marine comme le zooplancton à carbonate de calcium.