Les formations rubanées du craton de Pilbara dans la partie ouest de l'Australie. Remarquez le sac donnant l'échelle. Crédit : Hiroshi Ohmoto/Yumiko Watanabe

Planète

La vie aurait inventé la photosynthèse il y a 3,5 milliards d'années...

ActualitéClassé sous :géologie , paléontologie , jaspe

L'atmosphère de notre planète ne contient de l'oxygène en grande quantité que depuis 2,5 milliards d'années environ. C'est du moins ce qu'on croyait jusqu'à la publication récente dans Nature d'une nouvelle analyse de roches de la région de Pilbara en Australie. Selon certains géochimistes, l'atmosphère de la Terre était peut-être semblable à celle d'aujourd'hui des centaines de millions d'années plus tôt !

La photosynthèse serait apparue chez certains organismes primitifs entre 2.800 et -2.400 millions d'années si l'on en croit certaines archives géologiques terrestres. Mais certains la font remonter bien plus tôt en faisant l'hypothèse que les stromatolites que l'on retrouve dans des couches plus anciennes encore sont bien le produit d'une activité biologique. Actuellement, nous n'en sommes sûrs que pour ceux datant de -2.724 millions d'années mais des stromatolites existaient déjà sur Terre il y a 3,5 milliards d'années environ.

Quoiqu'il en soit, une certitude demeure, concernant les immenses dépôts de fer du bassin de Hamersley en Australie. Ils datent de l'époque du Sidérien alors que la surface des continents était devenue suffisamment importante pour que se forment des mers peu profondes entourées de grande plates-formes continentales. Les conditions étaient remplies pour que de grands tapis de bactéries construisent des stromatolites en quantités importantes et dégagent massivement de l'oxygène par photosynthèse.

Ce gaz corrosif a alors pu oxyder le fer en solution dans les océans et entraîner sa précipitation sous forme d'hydroxyde de fer, de carbonate de fer, de silicate ou de sulfures, selon des variations de l'acidité et du degré d'oxydoréduction de l'eau de mer.

C'est ce qu'on appelle la Grande oxydation ou la Catastrophe de l'oxygène.

Vers -1.900 millions d'années, la presque totalité du fer présent dans les océans avait précipité et il se retrouve aujourd'hui dans les grands gisements de minerai mondiaux tels que ceux de Hamersley. La production d'oxygène par les stromatolites ne s'est pas arrêtée pour autant et les océans ont commencé à relâcher ce gaz dans l'atmosphère, qui a atteint rapidement un taux de 15% de la valeur actuelle.

C'est du moins le scénario standard accepté par la communauté des géochimistes. Un groupe de géologues avec parmi eux le géochimiste Hiroshi Ohmoto de l'université de Penn State pense qu'il faut revoir cette hypothèse, comme ils viennent de l'expliquer dans un article de Nature Geoscience. 

Les formations rubanées du craton de Pilbara dans la partie ouest de l'Australie. Crédit : Hiroshi Ohmoto/Yumiko Watanabe

Une couche oxydée très épaisse et à grande profondeur...

Ils se fondent sur les analyses récentes de dépôts de jaspe rouge trouvés dans la région du craton de Pilbara en Australie. Ce minéral est une roche sédimentaire contenant de 90 à 95% de silice, souvent classée avec les quartz microcristallins, et parfois constituée de radiolaires calcédonieux pris dans un ciment de calcédoine. Les forages effectués dans ces couches ont permis de montrer qu'elles étaient associées à des évents hydrothermaux comparables à ceux que l'on connaît actuellement au fond des océans comme ceux de la Cité perdue.

Parce qu'il est riche en hématite, un minéral composé d'oxyde de fer III de formule Fe2O3, on pensait que ce jaspe provenait d'une oxydation ultérieure des roches exposées à l'air libre ou au moins installées sous des couches d'eau peu profondes alors que l'atmosphère de la Terre était devenue riche en oxygène. Les roches de Pilbara datent en effet de -3,46 milliards d'années donc bien avant la Grande Oxydation.

Un premier problème s'est posé quand les chercheurs se sont rendu compte que les forages indiquaient une trop grande épaisseur de jaspe rouge pour qu'il soit le produit d'une altération de surface. Or, on observe aujourd'hui que des composés riches en fer flottant à la surface de l'océan se transforment en oxydes sous la seule action des rayons UV et donc sans nécessairement que l'eau ni l'atmosphère soient riches en oxygène.

Lorsqu'ils ont coulé au fond, sous forme de petites particules, il suffit que ces oxydes soient chauffés par des évents hydrothermaux à plus de 100°C pour que de l'hématite apparaisse. On pouvait donc expliquer la présence d'un grand nombre de couches par un processus continu de déposition de ces particules. Mais cette hypothèse devait être testée.

Il se trouve qu'une observation au microscope électronique permet de savoir si l'on est en présence d'agrégats de petits grains d'hématite ou s'il s'agit de grands cristaux ayant précipité dans une eau riche en oxygène. La seconde hypothèse s'est révélée être la bonne et elle a des implications fascinantes...

Personne ne doute que les couches ont bien 3,46 milliards d'années. Cela implique donc, qu'à cette époque, elles se sont formées à partir du contact de fluides riches en fer et chauds avec de l'eau de mer chargée d'oxygène....et le tout à grande profondeur !

On ne peut alors que difficilement échapper à la conclusion que, non seulement les océans entiers de la planète étaient eux-mêmes riches en oxygène mais probablement aussi à saturation, ce qui implique un dégazage important et une atmosphère contenant de l'oxygène en grande quantité il y a 3,46 milliards d'années.

La découverte de la photosynthèse par la vie serait donc ancienne et cette conclusion colle parfaitement avec l'âge des plus anciens stromatolites connus qui, rappelons-le, sont datés de 3,5 milliards d'années environ. En allant encore plus loin, cela suggère que les traces de résidus carbonés que certains interprètent comme résultant d'une activité biologique il y a -3,8 milliards d'années, en raison de leur enrichissement inhabituel en 12C, sont bien des preuves de la présence de la vie et de la photosynthèse à cette époque reculée.