Parce que les minéraux sulfates contenant de l'oxygène piègent et préservent les signaux de l'atmosphère terrestre, les scientifiques étudient de près leur formation. Les sulfates sont stables sur des milliards d’années, de sorte que leurs isotopes de l’oxygène sont considérés comme une capsule temporelle, reflétant les conditions atmosphériques de l’époque où ils évoluaient au début de la Terre – et peut-être sur sa voisine planétaire, Mars.
Une nouvelle étude menée par un géochimiste de l'Université de l'Utah examine comment le sulfate se forme lorsque la pyrite, communément appelée « l'or des fous », est oxydée dans des environnements regorgeant de microbes par rapport à ceux qui en sont dépourvus. Les chercheurs se sont concentrés sur le Rio Tinto en Espagne, une rivière contaminée traversant une région où le fer et le cuivre ont été extraits pendant des milliers d'années.
L'article intitulé « Preuve isotopique triple oxygène d'une biolixiviation directe prolongée de la pyrite avec O »2, » apparaît dans Lettres scientifiques de la Terre et des planètes.
Ce qui reste dans les collines d'Andalousie est peut-être une calamité environnementale, mais les scientifiques le considèrent désormais comme un analogue de ce à quoi pouvait ressembler autrefois la surface martienne.
Ce drainage minier acide est riche en sulfates et en bactéries connues pour oxyder à la fois le soufre et le fer. L'équipe de recherche a mesuré les « isotopes triples de l'oxygène » (rapports de 17O/16O et 18O/16O) dans le sulfate pour déterminer la quantité d'oxygène provenant directement de l'air par rapport à l'eau.
« C'est la première fois que nous voyons à l'extérieur, et non en laboratoire, que nous pouvons perpétuer cette réaction directe entre O2 et du soufre de pyrite si les conditions environnementales sont idéales », a déclaré l'auteur principal Issaku Kohl, professeur de recherche agrégé au Département de géologie et de géophysique.
« Parce que nous avons pu identifier cette niche, nous disposons désormais de marqueurs ou de critères géochimiques qui vous permettraient de trouver un environnement similaire ou des vestiges d'un environnement similaire dans les archives rocheuses, que ce soit sur Terre ou dans un environnement extraterrestre. »
L'étude s'est concentrée sur une bactérie appelée Acidithiobacillus ferrooxidans, considérée comme l'un des premiers clades de microbes, produisant potentiellement de l'énergie avant l'évolution de la photosynthèse.
L'équipe de recherche a découvert que dans des environnements acides et riches en microbes, A. ferrooxydans entraîne l'oxydation de la pyrite d'une manière qui préserve une quantité remarquablement élevée, dépassant 80 % et jusqu'à 90 %, d'oxygène atmosphérique (O2) en sulfate.
Contrairement aux expériences en laboratoire, où ce signal s'estompe rapidement à mesure que le sulfate incorpore de l'O2 à partir de l’eau, l’écosystème microbien actif de Rio Tinto maintient cette forte empreinte atmosphérique.
En conséquence, les dépôts de sulfate ne préservent pas seulement les conditions atmosphériques et environnementales : ils peuvent également porter une « biosignature » microbienne. De telles signatures pourraient aider les scientifiques à interpréter les minéraux sulfatés présents sur Mars ou dans les roches terrestres anciennes comme un enregistrement potentiel des conditions atmosphériques et de l'activité microbienne.
Les sédiments martiens abritaient des évaporites contenant d’abondants minéraux sulfatés, mais les scientifiques ne savent pas encore comment ces sulfates se sont formés.
« L'hypothèse actuellement privilégiée est que c'est par oxydation atmosphérique du dioxyde de soufre volcanique (SO2). Mais des environnements comme celui-ci ont des signatures géochimiques révélatrices qui indiquent si cela a probablement été aérosolisé et oxydé dans l'atmosphère à une température relativement élevée et, par conséquent, il est peu probable que la vie ait été impliquée », a déclaré Kohl.
Mais cela n'exclut pas la possibilité que dans des environnements localisés, il ait pu y avoir des fluides hyperacides s'oxydant à l'interface eau-roche, de la même manière que les expériences de Kohl et de Rio Tinto produisaient du sulfate.
L’étude décrit une approche pour analyser les données isotopiques de l’oxygène provenant des sédiments martiens à la recherche de signes de vie, si des échantillons devaient un jour être ramenés sur Terre. Les rovers Curiosity et Perseverance de la NASA collectent des échantillons depuis respectivement 2021 et 2012, dans l'espoir de les rapporter un jour lors de futures missions vers le voisin rouge de la Terre.
Mais Kohl a souligné que la science est encore à deux pas de pouvoir déterminer si des échantillons de roches de Mars portent des preuves concluantes de la vie microbienne passée. Premièrement, les échantillons devraient indiquer un environnement à pH très faible (acide), O2-environnement à dominante oxydative, riche en un ion particulier de fer(2+).
« Nous ne pouvons jamais nous éloigner de nos hypothèses lorsque nous essayons de relier les enregistrements rock aux environnements auxquels nous sommes confrontés en temps réel à l'ère moderne », a déclaré Kohl. « Si nous supposons que nous connaissons la quantité d'O atmosphérique2 en sulfate, on peut recalculer la composition isotopique du O2 qui a participé à la fabrication de ces sulfates.
Et en attendant que les voyages interplanétaires nous livrent des roches martiennes, ces découvertes pourraient ouvrir de nouvelles pistes d’investigation sur les conditions environnementales ici sur Terre il y a des milliards d’années, lorsque la vie microbienne a commencé à évoluer et que l’oxygène est apparu pour la première fois dans l’atmosphère.
