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L’atmosphère s’est enrichie en oxygène plus tôt que prévu

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Il y a plus de deux milliards d'années, le taux d'oxygène dans l'atmosphère a brutalement augmenté. Les organismes photosynthétiques sont accusés de cette pollution de grande envergure. Mais elle aurait démarré des dizaines de millions d'années avant, ce qui complique l'explication et fait jouer un rôle aux phénomènes géologiques.

Ariel Anbar est biogéochimiste. Cette triple discipline lui permet de prendre en considération les phénomènes, chimiques, géologiques et biologiques, tous ensemble à l’œuvre pour façonner notre planète. © Arizona State University / Tim Trumble

« Nous pensions que ces analyses allaient être ennuyeuses » avoue Gail Arnold, un des scientifiques ayant participé à ce travail, qui pouvait en effet sembler fastidieux. Durant l'été 2004, une équipe s'était constituée pour étudier tranche par tranche une carotte de 908 mètres de longueur, provenant d'un forage effectué dans les roches de la région de Hamersley, à l'ouest de l'Australie. Les chercheurs s'intéressaient notamment aux teneurs en molybdène, en rhénium et en uranium. La quantité de ces trois éléments dans les sédiments dépend étroitement de la concentration en oxygène dans l'environnement.

Les chercheurs ne s'attendaient pas à une surprise dans ce travail de routine. Erreur. En attaquant la carotte aux niveaux correspondant à l'archéen tardif, vers 2,5 milliards d'années avant le présent, les scientifiques américains ont eu la surprise de mettre en évidence une teneur en oxygène bien supérieure à celle attendue. A cette époque, en effet, l'atmosphère terrestre, supposait-on, était encore très pauvre en oxygène, comme elle l'avait toujours été depuis le début de l'histoire de la Terre il 4,56 milliards d'années. On sait que, brutalement, entre 2,4 et 2,3 milliards d'années en arrière, la concentration d'oxygène a rapidement augmenté , atteignant les 21 % actuels. Cette « Grande oxydation » ou « Catastrophe de l'oxygène », selon les expressions en usage, a vraisemblablement été causée par les cyanobactéries, premiers organismes à tirer leur énergie de la lumière solaire grâce à la photosynthèse.

En récupérant le carbone du gaz carbonique, ces êtres minuscules produisaient un épouvantable polluant, l'oxygène, qui a provoqué une hécatombe chez les êtres vivants. Les cyanobactéries elles-mêmes ont sans doute eu du mal à supporter cette molécule chimiquement agressive. Le fait qu'elles y soient parvenues a déjà fait penser qu'elles avaient peut-être pu s'y adapter auparavant.

Les volcans et les êtres vivants, ces grands pollueurs

A la fin de l'année dernière, des chercheurs avaient émis l'hypothèse que du peroxyde d'hydrogène (H2O2, l'eau oxygénée) avait pu être produit en grande quantité lors d'un épisode de glaciation globale de la Terre (un événement appelé « boule de neige »). Empêchant le maintien d'une couche d'ozone, ce refroidissement aurait laissé les rayons ultraviolets frapper la surface de la Terre, transformant l'eau en peroxyde d'hydrogène, libéré dans l'atmosphère. Les cyanobactéries auraient ainsi appris progressivement et précocement à se protéger contre une ambiance oxydante.

C'est une histoire différente que raconte la carotte australienne : l'oxygène lui-même aurait déjà grimpé en flèche dans l'atmosphère - les auteurs parlent d'une bouffée d'oxygène - 50 à 100 millions d'années avant la Grande oxydation. Pourquoi ? La question reste ouverte. Certains imaginaient déjà que les organismes photosynthétiques ont dû commencer à produire de l'oxygène avant la Grande oxydation. D'autres confirment en expliquant que des phénomènes géologiques (interaction avec les gaz émis par le volcanisme très actif) détruisaient cet oxygène (ceux-là sont bien sûr des géologues).

Au final, on réalise que l'on comprend encore très mal cet extraordinaire événement qui a insufflé autant d'oxygène dans l'atmosphère et que l'on ne sait pas mieux expliquer pourquoi ce taux s'est ensuite stabilisé à 21 % avec une si belle précision. La conclusion est qu'il reste à mieux comprendre les interactions entre les phénomènes géologiques et biologiques. Un peu plus de pluridisciplinarité sera sans doute nécessaire aux scientifiques pour raconter l'histoire de la Terre...

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