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La première atmosphère respirable sur Terre : diminution de l'effet de serre ?

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Il y a environ 525 millions d'années, l'atmosphère s'est brusquement enrichie en oxygène et le nombre d'espèces vivantes pluricellulaires a lui aussi augmenté considérablement : c'est ce qu'on appelle l'explosion cambrienne. Selon des chercheurs de l'Université de l'Ohio, un événement similaire, à l'Ordovicien, aurait été en partie causé par une diminution de l'effet de serre lié au CO2.

L'explosion cambrienne. Crédit : Alan Kazlev

Comme toute chose dans l'Univers, notre atmosphère a une origine et elle est le fruit d'une évolution complexe. Il y a plusieurs milliards d'années, l'atmosphère de notre planète était 20 fois plus riche qu'aujourd'hui en  gaz carbonique et elle contenait encore peu d'oxygène, malgré une production importante dans les océans par les premiers organismes capables d'effectuer la photosynthèse. Il a fallu attendre que le fer dissous dans les océans, vestige des anciens bombardements de météorites importants, ne précipite suffisamment pour permettre aux océans d'atteindre la saturation en oxygène et de commencer à libérer plus massivement celui-ci dans l'atmosphère.

Les archives géochimiques de la Terre tendent à prouver que le taux d'oxygène de l'atmosphère a brusquement augmenté pendant l'explosion cambrienne. Celle-ci tire son nom d'une apparition explosive non seulement des premiers organismes pluricellulaires mais aussi d'une grande diversité d'espèces vivantes, parfois sans équivalent actuellement. Les fossiles de la  fameuse formation du Burgess, au Canada, en portent témoignages, particulièrement avec Hallucigenia. 

L'océan tel qu'il pouvait être pendant le Cambrien. Crédit : Advameg Inc.

La connexion entre les deux phénomènes, augmentation du taux d'oxygène et augmentation du nombre de métazoaires, a bien sûr été notée dès les années 50 et certains y ont même vu un lien de causalité. On penche aujourd'hui plutôt vers une connexion avec un boulversement climatique, comme celui proposé dans la théorie de la Terre « boule de neige ».

Un changement climatique à l'Ordovicien ?

Matthews Saltzman fait partie de ces géologues qui accumulent patiemment depuis une dizaine d'années des preuves en faveur de changements climatiques importants pendant le Cambrien. Avec ses collègues, il a montré, à partir d'échantillons de roches venant de sites géologiques qui étaient répartis un peu partout sur la planète il y a 500 millions d'années, que le taux de CO2 dans l'atmosphère avait alors chuté. Ils se basent pour cela sur des modifications de la quantité de certains isotopes du carbone et du soufre contenus dans certaines roches au cours de cette période. D'après les derniers échantillons en provenance de l'Australie et de l'Iowa, en quelques millions d'années seulement, la composition de l'atmosphère terrestre aurait changé avec, en plus de la baisse du taux de dioxyde de carbone, un saut dans la quantité d'oxygène dans l'atmosphère.

Il n'y avait pas encore d'espèces vivantes, végétales ou animales, à la surface de la Terre, uniquement dans les océans. Il est donc difficile de dire que c'est l'augmentation du taux d'oxygène de l'atmosphère qui a provoqué une dizaine de millions d'années plus tard ce qu'on appelle la radiation de l'Ordovicien, avec là aussi une augmentation de la diversité des espèces vivantes. Mais cela reste intrigant.

Un scénario possible

Le scénario que proposent les chercheurs pour expliquer ce qui s'est passé est le suivant :

A cette époque, le super continent de Gondwana était le siège d'une activité tectonique importante et d'une forte érosion, du fait des pluies acides résultant d'une atmosphère riche en dioxyde de carbone. Cela aurait causé une sédimentation importante piégeant celui-ci. Du coup, par diminution de l'effet de serre causé par le CO2 , la température des océans aurait chuté, ce qui aurait favorisé un développement important du plancton végétal.

On devine la suite. La quantité d'oxygène produite par photosynthèse aurait elle aussi augmenté et c'est pourquoi on trouve une corrélation entre modification du taux de carbone dans les roches échantillonnées et augmentation du taux d'oxygène de l'atmosphère. Vers - 490 millions d'années, on remarque aussi l'apparition des premiers récifs coralliens. On commence donc à entrevoir un lien entre abondance d'oxygène, de plancton, baisse de température des océans et diversification accélérée des espèces.

Si cette hypothèse devait se confirmer, nous ne sommes probablement qu'au début de la compréhension de chaînes complexes de relations, avec boucles de rétroactions, à l'origine de ce qui s'est passé pendant le Cambrien et qui, non seulement ont créé les formes vivantes que l'on connaît aujourd'hui mais ont aussi doté la planète d'une atmosphère respirable.

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