Les études sur les schistes marins et les données isotopiques de la période du Grand événement d'oxydation révèlent des fluctuations dynamiques de l'oxygène dans l'atmosphère et les océans de la Terre, soulignant la nature prolongée et complexe de cette étape évolutive critique. Crédit : Issues.fr.com
Le « grand événement d'oxydation » de la Terre s'est étalé sur 200 millions d'années, selon des découvertes récentes.
De nouvelles recherches mettent en évidence la complexité du grand événement d'oxydation, révélant que l'augmentation de l'oxygène atmosphérique et océanique était un processus dynamique qui a duré plus de 200 millions d'années, influencé par des facteurs géologiques et biologiques essentiels à l'évolution de la vie.
Le grand événement d’oxydation
Il y a environ 2,5 milliards d'années, l'oxygène libre, ou O2ont commencé à s'accumuler à des niveaux significatifs dans l'atmosphère terrestre, ouvrant la voie à l'essor d'une vie complexe sur notre planète en évolution.
Les scientifiques appellent ce phénomène le Grand Événement d’Oxydation, ou GOE en abrégé. Mais l’accumulation initiale de O2 sur Terre n’était pas aussi simple que ce surnom le suggère, selon une nouvelle recherche menée par un géochimiste de l’Université de l’Utah.
Cet « événement » a duré au moins 200 millions d’années. Et suivre l'accumulation de O2 dans les océans a été très difficile jusqu'à présent, a déclaré Chadlin Ostrander, professeur adjoint au Département de géologie et de géophysique.
« Les données émergentes suggèrent que la hausse initiale de l'O2 dans l'atmosphère terrestre était dynamique, se déployant par à-coups jusqu'à peut-être 2.2. il y a un milliard d'années », a déclaré Ostrander, auteur principal de l'étude publiée le 12 juin dans la revue Nature. « Nos données valident cette hypothèse, allant même plus loin en étendant cette dynamique à l’océan. »
Chadlin Ostrander. Crédit : Chad Ostrander, Université de l'Utah
Aperçu des schistes marins
Son équipe de recherche internationale, soutenue par le NASA Programme d'exobiologie, axé sur les schistes marins du supergroupe du Transvaal en Afrique du Sud, donnant un aperçu de la dynamique de l'oxygénation des océans au cours de cette période cruciale de l'histoire de la Terre. En analysant les rapports isotopiques stables du thallium (Tl) et les éléments sensibles au rédox, ils ont découvert des preuves de fluctuations de l'O marin.2 niveaux qui coïncidaient avec les changements de l’oxygène atmosphérique.
Ces découvertes contribuent à faire progresser la compréhension des processus complexes qui ont façonné l'O de la Terre.2 niveaux au cours d'une période critique de l'histoire de la planète qui a ouvert la voie à l'évolution de la vie telle que nous la connaissons.
Comprendre les premières conditions océaniques
« Nous ne savons vraiment pas ce qui se passait dans les océans, où les premières formes de vie sur Terre sont probablement apparues et ont évolué », a déclaré Ostrander, qui a rejoint la faculté de l'Université l'année dernière en provenance de la Woods Hole Oceanographic Institution dans le Massachusetts. « Donc, connaissant le O2 Le contenu des océans et la manière dont il a évolué au fil du temps sont probablement plus importants pour le début de la vie que l’atmosphère.
La recherche s'appuie sur les travaux des co-auteurs d'Ostrander, Simon Poulton de l'Université de Leeds au Royaume-Uni et Andrey Bekker de l'Université de Californie à Riverside. Dans une étude de 2021, leur équipe de scientifiques a découvert que O2 n’est devenu une partie permanente de l’atmosphère que 200 millions d’années environ après le début du processus global d’oxygénation, bien plus tard qu’on ne le pensait auparavant.
Fluctuations de l'oxygène atmosphérique et océanique
La preuve irréfutable d’une atmosphère anoxique est la présence de signatures isotopiques de soufre rares et indépendantes de la masse dans les enregistrements sédimentaires soumis au GOE. Très peu de processus sur Terre peuvent générer ces signatures isotopiques du soufre, et d'après ce que l'on sait, leur préservation dans les archives rocheuses nécessite presque certainement une absence d'O atmosphérique.2.
Pendant la première moitié de l'existence de la Terre, son atmosphère et ses océans étaient largement dépourvus d'O.2. Ce gaz était produit par des cyanobactéries dans l'océan avant le GOE, semble-t-il, mais à ces débuts, l'O2 a été rapidement détruit par des réactions avec des minéraux exposés et des gaz volcaniques. Poulton, Bekker et leurs collègues ont découvert que les rares signatures isotopiques du soufre disparaissent puis réapparaissent, suggérant de multiples O2 monte et descend dans l'atmosphère pendant le GOE. Il ne s’agissait pas d’un « événement » unique.
Les défis de l'oxygénation de la Terre
« La Terre n'était pas prête à être oxygénée lorsque l'oxygène commence à être produit. La Terre avait besoin de temps pour évoluer biologiquement, géologiquement et chimiquement afin d’être propice à l’oxygénation », a déclaré Ostrander. «C'est comme une bascule. Vous avez une production d’oxygène, mais il y a tellement de destruction d’oxygène que rien ne se passe. Nous essayons toujours de déterminer quand nous aurons complètement fait pencher la balance et que la Terre ne pourra plus revenir en arrière vers une atmosphère anoxique.
Aujourd'hui, ô2 représente 21 % de l’atmosphère, en poids, juste derrière l’azote. Mais après le GOE, l’oxygène est resté un très petit composant de l’atmosphère pendant des centaines de millions d’années.
Techniques avancées d’analyse isotopique
Pour suivre la présence de O2 dans l'océan pendant le GOE, l'équipe de recherche s'est appuyée sur l'expertise d'Ostrander en matière d'isotopes stables du thallium.
Les isotopes sont des atomes du même élément qui possèdent un nombre inégal de neutrons, ce qui leur donne des poids légèrement différents. Les rapports isotopiques d'un élément particulier ont alimenté des découvertes en archéologie, en géochimie et dans de nombreux autres domaines.
Isotopes du thallium et indicateurs d’oxygène
Les progrès de la spectrométrie de masse ont permis aux scientifiques d’analyser avec précision les rapports isotopiques d’éléments de plus en plus bas dans le tableau périodique, comme le thallium. Heureusement pour Ostrander et son équipe, les rapports isotopiques du thallium sont sensibles à l'enfouissement de l'oxyde de manganèse sur le fond marin, un processus qui nécessite de l'O2 dans l'eau de mer. L'équipe a examiné les isotopes du thallium dans les mêmes schistes marins récemment montrés pour suivre l'O atmosphérique2 fluctuations au cours du GOE avec des isotopes rares du soufre.
Dans les schistes, Ostrander et son équipe ont découvert des enrichissements notables en isotope du thallium, de masse plus légère (203Tl), un schéma mieux expliqué par l'enfouissement de l'oxyde de manganèse au fond marin, et donc l'accumulation d'O2 dans l'eau de mer. Ces enrichissements ont été trouvés dans les mêmes échantillons dépourvus des rares signatures isotopiques du soufre, et donc lorsque l’atmosphère n’était plus anoxique. La cerise sur le gâteau : le 203Les enrichissements en Tl disparaissent lorsque les rares signatures isotopiques du soufre reviennent. Ces résultats ont été corroborés par des enrichissements en éléments sensibles au rédox, un outil plus classique pour suivre les changements dans l'ancien O.2.
« Lorsque les isotopes du soufre disent que l’atmosphère s’est oxygénée, les isotopes du thallium disent que les océans se sont oxygénés. Et lorsque les isotopes du soufre indiquent que l’atmosphère est redevenue anoxique, les isotopes du thallium disent la même chose pour l’océan », a déclaré Ostrander. « Ainsi, l’atmosphère et l’océan s’oxygénaient et se désoxygénaient ensemble. Il s’agit d’informations nouvelles et intéressantes pour ceux qui s’intéressent à l’ancienne Terre.
