Si une Terre sans oxygène nous paraît impensable aujourd’hui, c’est pourtant ce qu’elle était il y a 2,5 milliards d’années, jusqu’au moment où débuta la Grande Oxygénation. On ne sait cependant pas encore très bien comment s’est déroulée cette évolution chimique de l’atmosphère et des océans. Une nouvelle étude nous révèle les coulisses de cet épisode majeur dans l’histoire de la Terre.
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Il y a 2,5 milliards d'années, la Terre entamait sa grande transition chimique. Jusqu'alors quasiment dépourvu d'oxygène, l'environnement va en effet doucement voir son taux d'O2 augmenter. Les responsables ? Ce sont les micro-organismes photosynthétiques qui peuplent désormais en massemasse les océans et qui, après avoir capté et synthétisé le CO2, rejettent un gazgaz qui leur est toxique, le dioxygène. Il est compliqué de savoir toutefois comment s'est effectuée cette oxygénation de la Terre. De manière continue ? En plusieurs étapes ? Océan d'abord puis atmosphère, ou les deux ensemble ?
Une nouvelle étude, publiée dans la revue Nature, apporte cependant plusieurs réponses à ces questions. L'étude de schistes marins en Afrique du Sud a en effet permis de retracer la dynamique de cette Grande Oxygénation. Les analyses chimiques ont ainsi mis en évidence que cet épisode ne s'est pas réalisé de manière continue, mais plutôt par pulses, avec de nombreuses fluctuations du taux d'oxygène dans les océans et dans l'atmosphère.
D’abord une oxydation avant l’oxygénation
De précédentes données révélaient en effet qu'entre 2,5 et 2,2 milliards d'années, l'atmosphère terrestre avait subi plusieurs allers-retours entre des conditions oxiques et anoxiquesanoxiques. L'évolution au sein du domaine océanique restait cependant très mal contrainte. On aurait pu penser que l'augmentation du taux d'oxygène y aurait été plus régulière, mais les nouveaux résultats apportés par l'étude révèlent que ce milieu semble en réalité avoir suivi la même dynamique.
Il faut rappeler que pendant cette période, l'oxygène produit par les micro-organismesmicro-organismes a tout d'abord été largement consommé par les réactions d'oxydo-réduction. Les océans de la Terre primitive étaient en effet riches en éléments réducteurs, comme le ferfer. La formation d'oxydes a ainsi dans un premier temps capté la totalité de l'O2 produit, jusqu'à épuisement des éléments réducteurs libres. Ce n'est qu'à partir de ce moment-là que l'oxygène a commencé à s'accumuler de manière significative dans l’océan et l'atmosphère.
La Terre n’était pas prête à être oxygénée
L'un des indices indiquant que l’atmosphère était totalement dépourvue d’oxygène avant le début de la Grande Oxygénation est la présence d'une signature isotopique très spécifique du soufresoufre dans les sédiments. On sait que cette signature n'a pu être obtenue qu'à partir d'une atmosphère sans oxygène. Or, si cette signature a disparu au début de la Grande Oxygénation, indiquant le début de l'oxygénation de l'atmosphère, elle est réapparue à plusieurs reprises durant une période qui a duré 200 millions d’années, signe que le taux d'O2 dans l'atmosphère a connu d'importantes fluctuations.
Pour observer l'évolution des taux d'oxygène dans les océans, les chercheurs ont par contre analysé les ratios isotopiques du thalliumthallium, sensibles à l'oxygénation du milieu aquatique. Les résultats révèlent une évolution parallèle de l'oxygénation entre le milieu océanique et atmosphérique, avec les mêmes fluctuations. Cela met en évidence le couplage fort, existant entre ces deux environnements.
« La Terre n'était pas prête à être oxygénée quand l'oxygène a commencé à être produit, explique Chadlin Ostrander, premier auteur de l'étude dans un communiqué. La Terre a eu besoin de temps pour évoluer biologiquement, géologiquement et chimiquement pour accepter cette oxygénation. »
Pendant près de 200 millions d'années, notre Planète aurait ainsi oscillé entre deux états, anoxique et oxique, avant de basculer définitivement dans l’oxygénation.
