Mercredi 15 juillet: Météo à 62 degrés et ensoleillé à 7 heures.
Une journée parfaite pour s'aventurer sur le terrain. Nous nous rendons d’abord à l’épicerie pour nous procurer des provisions pour le déjeuner et beaucoup d’eau, ce qui sera très utile dans le climat sec et la chaleur du jour. Scott explique que nous allons visiter trois sites sur lesquels des équipes travaillent pour étudier le PETM et ses conséquences sous différents angles. Avec ses collègues, il considère cette zone comme un travail idéal, car les dépôts sédimentaires profonds du bassin capturent le profil stratigraphique du temps qui a précédé le maximum thermique du Paléocène Eocène, ou PETM, le PETM lui-même et les années qui ont suivi. Les couches rocheuses de ce grand bassin sont relativement horizontales au centre, mais le soulèvement régional enregistré ces derniers millions d’années a une fois de plus libéré le pouvoir de l’érosion, creusant des ravins et des vallées profondes qui exposent les roches PETM et permettent chercheurs pour trouver les fossiles et autres preuves qu’ils recherchent. Outre les circonstances géologiques favorables, une grande partie du terrain est sous la gestion du Bureau of Land Management des États-Unis, qui a été utile aux équipes de recherche, et elle est traversée par un réseau de chemins de terre entretenus par une entreprise énergétique qui exploite le de nombreux pics à pétrole qui extraient le pétrole des champs de pétrole matures de la région.
La route des sites de recherche de Worland est d'environ 15 miles. Ils sont situés de manière à tirer le meilleur parti des expositions des lits déposés pendant le temps du PETM. La stratigraphie pertinente commence par les dépôts gris, marron et beige sous-jacents connus sous le nom de Formation de Fort Union, qui se sont formés pendant l’époque paléocène juste avant l’époque du PETM. C’était une période de niveaux relativement stables de dioxyde de carbone dans l’atmosphère et de climat chaud et modéré qui permettait aux plantes tempérées et subtropicales de se développer aussi au nord que le Wyoming. Le Paléocène a été une période d'évolution rapide chez les mammifères, probablement parce que les dinosaures s'étaient éteints à leurs débuts. Beaucoup de ces premiers mammifères n'ont pas survécu au PETM ou ont commencé à décliner en diversité à ce moment-là.
Le PETM a eu lieu au début de l'époque éocène il y a environ 55 millions d'années et aurait duré environ 200 000 ans, un clin d'œil à l'échelle du temps géologique. Le PETM a peut-être été déclenché par une période de volcanisme intense, qui a réchauffé le climat, provoquant à son tour un dégagement supplémentaire de carbone dans l'atmosphère provenant de sources telles que des tourbières et des couches de charbon en combustion ou des hydrates de méthane instables dans les fonds océaniques ( le méthane, un puissant gaz à effet de serre, y est séquestré). La découverte surprenante est que l’ajout le plus rapide de gaz à effet de serre s’est produit rapidement, au cours des 10 000 premières années du PETM. Les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère dépassaient probablement 1 000 parties par million. Les niveaux de carbone dans l'atmosphère actuels sont de 385 ppm, soit une hausse de plus de 100 ppm par rapport aux niveaux les plus élevés des 500 000 dernières années, la plus forte augmentation ayant été observée ces 150 dernières années, avec l'industrialisation et l'utilisation intensive du charbon et d'autres combustibles à base de carbone. Les niveaux élevés de dioxyde de carbone au début du PETM ont été maintenus pendant plus de 80 000 à 100 000 ans et ont ensuite diminué lentement pendant 90 000 autres années.
L'altération active des minéraux du sol, en particulier l'oxydation (rouille) des composés du fer, était associée au PETM, probablement à cause des températures élevées et des fluctuations de la nappe phréatique causées par les pluies saisonnières. Les horizons de sol fossilisés donnent à la colonne stratigraphique des couches rouges distinctes. Les couleurs sont d'une aide précieuse pour Scott et ses collègues, qui les utilisent pour suivre les lits sur de longues distances et mettre en corrélation les collections de fossiles à des endroits très éloignés les uns des autres. Les sols fossiles les plus spectaculaires se trouvent dans la «grande séquence rouge», un ensemble de couches rouge vif et pourpre d'environ 25 mètres d'épaisseur que l'on peut facilement voir depuis l'autoroute. Big Red s'est formé au cours des dernières étapes du PETM, et enregistre donc le refroidissement dû aux conditions très chaudes du début et du milieu du PETM. Ce sont les couches situées sous Big Red et au-dessus de la formation de Fort Union sous-jacente qui présentent le plus d'intérêt, mais Big Red sert à les localiser. La plus ancienne des couches de PETM est également rougeâtre et s'étend juste au-dessus de la formation de Fort Union. Il a environ un à deux mètres d'épaisseur et reflète les débuts du PETM. Ce fut une période de transition et il est intéressant de noter que cela nous dit à quelle vitesse le climat a changé et ce qui est arrivé pour faire pencher la balance vers un nouveau régime climatique. La séquence ci-dessus reflète une période plus longue, probablement entre 90 000 et 100 000 ans, et se voit attribuer divers surnoms, y compris la «zone de chaos» ou le favori de Scott, «la zone où l'enfer se déchaîne». Il est gris, entre 10 et 20 mètres d'épaisseur, et une riche source de fossiles montrant une période de changement radical de la flore, de la faune et de l'environnement. Lorsque vous regardez les collines depuis les hauteurs, les couches alternées de rouge et de gris sont si importantes que certains les appellent des «rayures de bonbons».
Les trois sites choisis pour ma visite et le travail sur le terrain reflètent l'expertise de l'équipe interdisciplinaire travaillant avec Scott. Les géologues Mary Kraus de l'Université du Colorado à Boulder et Francesca McInerney de la Northwestern University à Chicago se concentrent sur les sols fossiles et les colonnes rocheuses qui aident à résoudre les changements environnementaux et à fournir le contexte aux fossiles trouvés. Leurs analyses chimiques des roches aident à trier les processus climatiques qui travaillaient dans le PETM. Jon Bloch, du Muséum d'histoire naturelle de Floride, est un paléontologue vertébré. Il cherche des informations sur les mammifères vivant dans la région, y compris ceux qui ont émergé pendant le PETM. Enfin, Scott et son équipe travaillent du côté botanique du grand livre. Chacun de ces gens compte un groupe d'étudiants de plusieurs universités travaillant avec eux, qui peinent tous dans des conditions difficiles pour participer au processus de découverte.
North Butte Site
Dino parcourt les collines couvertes de sagebrush le long des chemins de terre menant au site de North Butte, un lieu où Mary et Francesca ont choisi une colline escarpée qui leur permet d'exposer et d'analyser l'intégralité du profil stratigraphique depuis la formation de Fort Union jusqu'à la fin du PETM. . L'accès à du matériel non perturbé est fourni par une tranchée d'un mètre de profondeur, creusée laborieusement par l'équipe entièrement féminine du corps professoral et des étudiants. Cela permet aux enquêteurs de voir clairement la transition d'une couche à l'autre, un indicateur de l'évolution des conditions climatiques. À partir d'analyses chimiques d'échantillons de roches, ils sont capables de déduire la source, l'heure d'apparition et le type de décroissance du carbone libéré au début du PETM. Ceci est basé sur le ratio d'isotopes stables de carbone présents dans divers matériaux organiques. Les chercheurs sont également en mesure de suivre l'évolution de l'activité de petits animaux vivant dans le sol et de la profondeur de l'enracinement des plantes.
Centre-ville de Worland, Wyoming. (Institution Smithsonian) 
Le secrétaire du Smithsonian, G. Wayne Clough, s'est rendu à Worland, dans le Wisconsin, pour observer Scott Wing et son équipe extraire le gisement de fossile découvert. (Institution Smithsonian) 
Scott Wing souligne les strates rouges et grises visibles dans les collines lointaines. (Institution Smithsonian) 
Scott Wing et son Chevrolet Suburban 1970, Dino. (Institution Smithsonian) 
Wayne Clough est au centre de l'équipe dirigée par Mary Kraus et Francesca McInerney sur le site de North Butte. (Scott Wing) 
Le secrétaire du Smithsonian, G. Wayne Clough, découvre une feuille fossile. (Scott Wing) 
Le fossile d'une feuille de palmier de la période du maximum thermique de l'Eocène au Paléocène. (Institution Smithsonian) 
Les minuscules mâchoires fossilisées d'un cheval préhistorique (en haut) et d'un cochon. (Institution Smithsonian) 
De retour au camp de base, les équipes se rassemblent pour discuter des trouvailles de la journée. (Institution Smithsonian) Site d'invasion de Caterpillar
Depuis le site de North Butte, Dino nous emmène le long des routes montagneuses jusqu'au site actuel de Scott, connu sous le nom de «Caterpillar Invasion», car il a été découvert le jour où il a été envahi par de grandes chenilles vertes. Heureusement pour l'équipage, les chenilles ont mystérieusement quitté les lieux avant de commencer leur travail. Ce site a été choisi parce que sa colline permet d'accéder à une partie de la couche «chaos» du PETM, riche en plantes fossiles. Une «carrière» a été creusée dans la colline, dégageant une couche de siltstone altérée et apparaissant sur une pelle en fragments de la taille d'un poing qui, lorsqu'ils sont scindés avec précaution à l'aide d'un marteau de roche, produisent souvent un fossile végétal. Quand nous arrivons, le soleil brille et il fait très chaud au-dessus de la tête. L’équipage a déjà fouillé une petite quantité de spécimens à examiner par Scott. Scott écoute attentivement chaque membre de l'équipe expliquer ce qu'il pense avoir trouvé, puis il l'examine à l'aide d'une loupe et de sa longue expérience pour déterminer ce qui se trouve réellement là. L'enthousiasme de Scott lorsqu'il examine chaque pièce encourage les scientifiques en herbe et le sens de la découverte de ce que chaque découverte pourrait ajouter à une image plus grande est excitant.
On me donne une chance de déterrer les fragments et de les fissurer dans l'espoir de trouver un fossile. Cela s'avère être une expérience passionnante et humiliante. Même après avoir localisé une couture pour ouvrir le rocher, une fausse frappe peut provoquer une rupture du lit et la perte de la possibilité de trouver un fossile. Au début, je perds plus que je gagne, mais avec le temps, je commence à comprendre. Bientôt, la jeune équipe encourage le vieil homme à le faire tandis que mes spécimens renvoient des fossiles de feuilles et de fleurs, qui sont cachés depuis 55 millions d'années. Je découvre plusieurs spécimens différents, y compris un «mince», leur surnom pour une feuille composée avec des folioles allongées, une petite feuille composée d'un parent du mimosa et une palme. Chacun de ces fragments délicats témoigne du pouvoir de la nature de créer avec une abondance que nous ne pouvons que craindre. Je trouve aussi un petit squelette de poisson montrant, me dit Scott, la déposition des fossiles dans un ancien étang. Parmi les plantes fossiles, le «slim» est une espèce unique au PETM, que l'on ne voit que dans trois des huit sites de plantes fossiles trouvés à cette époque. Il fait partie de la famille des Sapindaceae, qui comprend l’arbre à savon, les érables et l’arbre de pluie doré. La fronde de palme et la feuille ressemblant à un mimosa, entre autres, indiquent que pendant le PETM, cette région était chaude toute l'année, probablement avec une saison sèche prononcée, à l'instar de régions sèches du Mexique subtropical ou d'Amérique centrale.
La découverte des fossiles est passionnante et nous rappelle un peu l’histoire du Smithsonian. Au début du XXe siècle, le secrétaire du Smithsonian était Charles D. Walcott, éminent géologue et paléontologue. Il est célèbre pour avoir découvert les schistes de Burgess au Canada, un gisement contenant un nombre et une variété remarquables de fossiles d'animaux marins anciens. Scott suggère que la découverte de quelques fossiles ce jour-là est peut-être la première fois depuis le secrétaire Walcott qu'un secrétaire du Smithsonian trouve un fossile.
Après avoir examiné tous les fossiles trouvés dans la carrière, Scott et son équipe entament le processus minutieux consistant à envelopper les spécimens afin de les protéger pendant leur expédition au Smithsonian. Les fossiles seront livrés au laboratoire de Scott au Natural History Museum, où ils seront méticuleusement examinés et catalogués. Ils contribueront aux efforts continus déployés pour comprendre les changements climatiques, végétaux et écologiques au cours du PETM.
Site de colline de pique-nique
Notre dernier site est celui des paléontologues vertébrés sous la supervision de Jon Bloch. Jon nous accueille au sommet de la colline qui surplombe son site et partage deux découvertes du travail de la journée - des os de mâchoire partiels aux dents intactes de deux petits mammifères qui vivaient dans le bassin de Big Horn pendant le PETM. Les fossiles sont remarquables pour deux raisons: ce sont des mammifères arrivés ou ayant évolué en Amérique du Nord lors du PETM, ancêtres primitifs du cheval et du cochon. Les deux lignées se sont diversifiées et sont devenues abondantes après leur arrivée vers le début du PETM, mais au bout de 50 millions d'années environ, le cheval s'est éteint dans le Nouveau Monde et n'a pas été réintroduit avant le retour des explorateurs espagnols dans les années 1500. Les deux mammifères étaient très petits, ce qui reflète une tendance au cours du PETM. Le cheval n'était peut-être pas plus gros qu'un petit chat. Il semble que pendant la période de hautes températures dans les PETM, les mammifères aient évolué vers des tailles plus petites afin de mieux gérer l'équilibre énergétique nécessaire entre nutrition et croissance.
Nous accompagnons Jon jusqu'au bas de la colline, où son équipage s'est étendu sur le secteur à la recherche de fossiles et d'autres preuves. Où ils trouvent un fossile ou même un fragment d’un fossile, ils placent un petit drapeau et enregistrent les informations sur la découverte. Le drapeau est utilisé par un membre de l'équipage qui documente la position du fossile avec une précision submétrique à l'aide d'un système GPS. Les données de localisation permettent à l'équipe de connaître le niveau précis d'où provient chaque échantillon, élément essentiel pour la reconstruction des modifications successives des animaux par le biais du PETM.
Nous nous promenons sur le site et discutons avec chacun des membres de l'équipe, un mélange de jeunes étudiants et plusieurs scientifiques expérimentés d'autres institutions qui s'intéressent au travail de Jon et sont heureux d'aider. Bien que ce site ne produise pas beaucoup de grands squelettes articulés, il produit une multitude de petits fragments d'os, d'articulations et de dents, qui, ajoutés à la plus grande collection, permettent de raconter l'histoire du PETM.
Avec le recul de la journée, Jon informe l'équipage qu'il est temps de rentrer au camp de base. Même après une longue et chaude journée au soleil, l’équipage semble réticent à partir: un autre fossile pourrait être la découverte la plus importante de la journée. Au camp de base, ils identifieront et répertorieront leurs trouvailles, et compareront les résultats de leur journée de travail avec les autres équipes.
Camp de base
Le travail de terrain de la journée s'achève au camp de base, un emplacement choisi par l'équipe pour occuper une place centrale dans tous les sites. C’est un bon endroit, situé sur le flanc d’une colline et à l’abri des vents, mais suffisamment haut pour offrir une vue magnifique sur les environs. Tous les membres de l’équipe restent au camp, y compris les cadres supérieurs. Scott me dit que ça aide avec les dépenses, qui coûtent environ 7 dollars par jour par personne, et permet également à toute l'équipe de discuter de leur travail la nuit. Tout le monde est fatigué, mais heureux des réalisations de la journée. Un ragoût entraînant est préparé pour le dîner et mangé avec goût par tous. Le soleil commence à se coucher derrière la colline et l'air se refroidit considérablement. La lumière plus douce de la fin de l'après-midi illumine les collines. North Butte se trouve bien à six milles à l'est. Big Red se détache à la lumière du soleil couchant pour rappeler pourquoi nous sommes ici.
Je prends congé de mes compagnons pour me préparer pour mon retour tôt le lendemain matin. Ils resteront encore une semaine et achèveront l'expédition sur le terrain de cette année. Ce fut une expérience exaltante, d’apprentissage et de révélation. Je reviens à Washington avec une profonde connaissance de ce que signifie travailler sur le terrain en tant que paléontologue: joie de trouver des fossiles, excitation d'interpréter ce qu'ils disent à propos de cet événement important et comment, après 55 millions d'années, de nouvelles connaissances sur le fonctionnement de notre planète provient d’une étude de son passé.
J'apprécie aussi mieux l'importance de ce travail. Nous sommes nous-mêmes confrontés à une période de réchauffement planétaire d'ampleur similaire mais beaucoup plus rapide que celle du PETM. Nous ne savons pas encore quelle quantité de réchauffement pourrait déclencher le dégagement de carbone de réservoirs supplémentaires, ni si nous pouvons ralentir ou arrêter ces rejets s'ils commencent. En révélant comment notre planète complexe et interconnectée change avec le réchauffement rapide, comprendre ce qui s'est passé il y a 55 millions d'années peut aider ceux d'entre nous de notre époque à comprendre ce à quoi nous pourrions faire face dans l'avenir. Les créatures qui existaient pendant le PETM n'incluaient pas six milliards d'humains, mais les leçons que nous pouvons tirer de l'observation de ces changements climatiques et écologiques de longue date seront probablement utiles à nous tous et à nos descendants.
