En bref : au cours de l'histoire, l'oxygène atmosphérique a fortement fluctué

L'oxygène, 16^e élément du tableau périodique, est l'un des principaux éléments qui constituent l'atmosphère. Il est d'abord apparu dans les océans, il y a 2,4 milliards d'années : c'est la catastrophe de l'oxygène. À cette époque, l'oxygène, issu de la photosynthèse des cyanobactéries réagissait avec le fer pour précipiter sous forme de magnétite. Le fer marin entièrement consommé provoqua l'accumulation d'oxygène dans l'océan. Les eucaryotes se sont alors développés. © Soljaguar, Wikipédia, cc by-sa-3.0 

La théorie disait que l'oxygène aurait atteint son taux actuel en s'accroissant par étapes. La première, appelée la catastrophe de l’oxygène, a vu naître les eucaryotes. La seconde, survenue 2 milliards d'années plus tard, coïncide avec l'apparition et la diversification des animaux. Une étude, publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences a néanmoins montré qu'entre ces deux paliers, le taux d'oxygène aurait considérablement chuté. 

Pour évaluer la concentration d'oxygène dans l'océan, la méthode consiste à mesurer dans les roches carbonatées la quantité d'isotopes de carbone. Lors de la photosynthèse, les isotopes du carbone sont fractionnés : la matière organique précipite dans le fond de l'océan et libère l'oxygène. L'isotope du carbone, lui, est enfoui dans les sédiments. Un fort rapport isotopique ¹³C/¹²C dans la roche implique donc une importante concentration d'oxygène libre. 

La courbe théorique d'évolution de la pression d'oxygène est à revoir ! Dans ce graphique, la courbe rouge représente l'estimation de la pression maximale (en ordonnée, pression du dioxygène exprimée en atmosphère, de 0 à 0,5 atm) et la courbe verte l'estimation minimale en fonction du temps (en abscisse de 3,8 millions d'années, Ga, à notre ère). On observe deux paliers d'augmentation de l'oxygène, en phases (stages) 2 et 5. Or les résultats de Noah Planavsky et Timothy Lyons suggèrent que durant la phase 3, le taux d'oxygène a drastiquement chuté, 200.000 ans après avoir augmenté. © Heinrish D. Holland, Wikipédia, cc by-sa 3.0 

Noah Planavsky et Timothy Lyons ont de plus mesuré le taux de sulfates, dont l'abondance impliquait nécessairement celle de l'oxygène. L'équipe a trouvé une modification considérable du rapport isotopique de sulfate et carbone 200.000 ans après la catastrophe de l'oxygène. Cette diminution drastique de l'oxygène a très probablement influé sur l'évolution des organismes marins. À la suite de ses résultats, Planavsky a même déclaré : « L'idée que les niveaux d'oxygène à la surface de la Terre montaient et descendaient est essentiel dans tout effort pour comprendre les liens entre l'évolution environnementale et biologique sur de larges échelles de temps géologiques ».