Trouver un fossile dans une mine de charbon n’a rien de grave. Les gisements de charbon, après tout, sont des marécages de tourbe pétrifiés, et la tourbe est fabriquée à partir de plantes en décomposition, qui laissent leur empreinte dans la boue et l’argile lorsqu’elles se durcissent pour devenir du schiste argileux.
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Mais la situation était complètement différente lorsque John Nelson et Scott Elrick, géologues du Illinois State Geological Survey, ont examiné les mines de charbon de Riola et de Vermilion Grove dans l’est de l’Illinois. La plus grande forêt de fossiles intacts jamais vue est gravée dans les plafonds des puits de mines: au moins quatre milles carrés de nature tropicale préservée il y a 307 millions d'années. C'est alors qu'un tremblement de terre a soudainement abaissé le marais de 15 à 30 pieds et que la boue et le sable se sont précipités à l'intérieur, recouvrant le tout de sédiments et faisant mourir les arbres et autres plantes. "Cela a dû arriver en quelques semaines", déclare Elrick. "Ce que nous voyons ici, c'est la mort d'un marais de tourbe, un moment géologique figé par un accident de la nature."
Pour voir cette merveille peu connue, j'ai rejoint Nelson et Elrick sur le site de Vermilion Grove, une mine en activité exploitée par Peabody Energy à Saint-Louis et fermée au public. J'ai revêtu un casque, une lumière, des gants et des bottes à bout d'acier. J'ai reçu une bouteille d'oxygène et une conférence sur la sécurité. En cas d'urgence - gaz toxique, incendie ou une explosion - suivez les feux rouges pour trouver le moyen de sortir de la mine, a conseillé le responsable de la sécurité, Middleton. Nous pourrions rencontrer "une épaisse fumée noire et vous ne pourrez rien voir devant vous". Il a dit d'utiliser la ligne de vie longeant le plafond, une mince corde enfilée dans des cônes en bois, comme des flotteurs dans une piscine.
La couche de charbon riche en ressources fossiles se trouve à 230 pieds sous terre, et nous y sommes allés dans un diesel jitney à côtés ouverts ressemblant à Humvee, connu sous le nom de "voyage-homme". Le conducteur nous a conduits dans des tunnels éclairés par des balises de secours et par les phares du véhicule. Le trajet a pris 30 minutes et s'est terminé dans la zone 5. Les tunnels ont une hauteur de 6, 5 pieds et une largeur équivalente à celle d'une rue de banlieue à double sens.
Les tunnels étaient silencieux et, éclairés par des ampoules de faible puissance, sombres. L'air d'été humide, aspiré d'en haut, était froid et collant sous terre, où les températures oscillaient autour de 20 ° C toute l'année. Les mineurs ont fini d'extraire du charbon, et les côtés du tunnel ont été pulvérisés avec de la chaux vive pour supprimer les poussières de charbon explosives. Le toit de schiste, constitué des sédiments qui ont détruit la forêt il y a si longtemps, se fissure et se décolle maintenant que le charbon a été enlevé. Des treillis métalliques recouvrent le plafond pour empêcher les gros morceaux de tomber dans la chaussée ou de heurter les mineurs.
Nelson se fraya un chemin dans le tunnel, contournant des piles de pierres brisées et des morceaux de charbon tombant comme des dés noirs sur le sol poussiéreux. Il s'arrêta et leva les yeux. La lumière de son casque brille dans la forêt: une émeute de troncs d'arbres entrelacés, de feuilles, de feuilles de fougère et de brindilles se découpant en noir sur fond gris sur la surface de schiste moelleuse du toit du tunnel. "J'avais déjà vu des fossiles, mais rien de tel", dit-il.
Nelson, qui est maintenant à la retraite, s'est rendu pour la première fois sur le site de Riola-Vermilion Grove lors d'une inspection de routine effectuée peu de temps après l'ouverture de la mine en 1998. Il a repéré des fossiles, mais ne leur a pas accordé beaucoup d'attention. Il a vu plus de fossiles lorsqu'il a inspecté différents tunnels l'année suivante, et encore plus l'année suivante. Elrick l'a rejoint en 2005, et à ce moment-là, les fossiles ont été "trop nombreux", a déclaré Elrick. "Quelque chose d'étrange se passait."
Nelson a fait appel à deux paléobotanistes, William DiMichele, du Muséum national d'histoire naturelle du Smithsonian, et Howard Falcon-Lang, de l'Université britannique de Bristol, pour consulter le site. Falcon-Lang la décrit comme une "découverte spectaculaire" car toute la forêt, et pas seulement des arbres ou des plantes, est intacte au plafond. La plupart des forêts de tourbe anciennes meurent progressivement, ne laissant que des traces éparses de ce qui y poussait. Parce que celui-ci a été enterré tout à la fois, presque tout ce qui était là est toujours là. "Nous pouvons regarder les arbres et la végétation environnante et essayer de comprendre toute la forêt", a déclaré DiMichele.
Les seigneurs de cette jungle étaient les lycopsides: des plantes écailleuses avec des troncs atteignant 6 pieds de circonférence, atteignant 120 pieds de hauteur et portant des cônes produisant des spores. Ils ressemblaient à des lances d'asperges géantes. Dans la lumière pâle du tunnel, des traces de lycopside, fossiles, d'une trentaine de centimètres brillent dans le toit en schiste comme des peaux d'alligator.
À côté des lycopsides, on trouve des calamites - des cousins de la prêle moderne de 30 pieds de hauteur - et d'anciens conifères de la taille d'une mangrove connus sous le nom de cordaites. Les fougères à graines (qui ne sont pas apparentées aux fougères modernes) ont atteint une hauteur de 10 mètres. Les fougères ont augmenté de 30 pieds, avec des couronnes de grandes frondes plumeuses.
Peu de fossiles d'animaux ont été trouvés dans la mine - des produits chimiques dans l'eau de l'ancien marais peuvent avoir dissous des coquillages et des os - mais d'autres sites datant de plus de 300 millions d'années, une période connue sous le nom de Carbonifère, ont produit des fossiles de mille-pattes, d'araignées et de cafards. et les amphibiens. Les libellules monstres avec des ailes de 2, 5 pieds ont gouverné les cieux. (Ce serait encore 70 millions d'années avant les premiers dinosaures.)
Et puis le tremblement de terre a frappé et cette forêt tropicale humide avait disparu.
L’une des raisons pour lesquelles le site a tant de valeur pour les scientifiques est qu’il ouvre une fenêtre sur le monde naturel juste avant une période de grands et déroutants changements. Plusieurs centaines de milliers d’années après l’enfoncement de cette forêt tropicale, fougères arborescentes, lycopsidés et autres plantes se disputaient la domination, «une sorte de chaos végétal», explique DiMichele. Pour une raison inconnue, les fougères dominantes ont prévalu, a-t-il déclaré, avant de s'emparer des forêts tropicales tropicales du monde. Les deux tiers des espèces présentes à Riola-Vermilion Grove disparaîtraient. Les puissants lycopsides ont pratiquement disparu.
Les chercheurs ont plusieurs raisons pour expliquer la transformation en profondeur des communautés végétales il y a environ 306 millions d'années: changements brusques des températures mondiales; séchage sous les tropiques; ou peut-être un bouleversement tectonique qui a érodé des gisements de charbon encore plus anciens, exposant le carbone qui s'est ensuite transformé en dioxyde de carbone. Quelle que soit la raison, l'atmosphère terrestre a soudainement acquis beaucoup plus de dioxyde de carbone. Déterminer la relation entre cet ancien changement atmosphérique et les changements de la végétation pourrait fournir des indices sur la réaction de l'écosystème actuel aux augmentations de dioxyde de carbone causées par la combustion de combustibles fossiles.
Selon DiMichele, l’équipe de Riola-Vermilion Grove utilise la forêt de fossiles comme point de référence. Les chercheurs analysent la composition chimique des gisements de charbon antérieurs et ultérieurs afin de mesurer le dioxyde de carbone, la température, les précipitations et d’autres variables anciennes. Jusqu'ici, l'augmentation du dioxyde de carbone semble être assez douce au fil du temps, mais le changement de végétation est plus sec.
En comparant les fossiles d’avant 306 millions d’années et d’après, "il ya un changement de régime total sans trop de préavis", déclare DiMichele. "Nous devons examiner de plus près le passé", a-t-il ajouté. "Et c'est notre première occasion de tout voir."
Guy Gugliotta a écrit pour Smithsonian sur les guépards et les migrations humaines.
La forêt fossilisée pratiquement intacte (la pointe d'une fronde de fougère) est une "découverte spectaculaire", déclarent les paléobotanistes. (Layne Kennedy) 
Les restes d'une forêt de lycopsides et autres curiosités sont à 230 pieds sous terre (John Nelson, à gauche, et Scott Elrick inspectent un plafond de puits de mine riche en fossiles.) (Layne Kennedy) 
Une branche lycopside. (Layne Kennedy) 
Un changement climatique brutal at-il 306 millions d’années a-t-il condamné l’ancien écosystème? Les fossiles de la mine de charbon Vermillion Grove peuvent contenir des indices. (Layne Kennedy)
