La Grande Oxydation : 200 millions d’années vers l’oxygène

Les études des schistes marins et des données isotopiques de la période de l’Événement de Grande Oxydation révèlent des fluctuations dynamiques de l’oxygène dans l’atmosphère et les océans primitifs de la Terre, mettant en lumière la nature prolongée et complexe de cette étape évolutive critique.

Des découvertes récentes indiquent que l’« Événement de Grande Oxydation » sur Terre s’est déroulé sur une période de 200 millions d’années.

De nouvelles recherches soulignent la nature complexe de l’Événement de Grande Oxydation, montrant que l’augmentation de l’oxygène atmosphérique et océanique était un processus dynamique s’étendant sur plus de 200 millions d’années. Cette évolution a été façonnée par des facteurs géologiques et biologiques cruciaux pour le développement de la vie.

Il y a environ 2,5 milliards d’années, l’oxygène, ou O2, a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère terrestre à des niveaux significatifs, marquant une étape cruciale dans l’évolution de la planète vers le soutien de formes de vie complexes.

Dévoiler la complexité de l’Événement de Grande Oxydation (EGO)

Connue sous le nom d’Événement de Grande Oxydation (EGO), cette processus s’est révélée bien plus complexe que précédemment pensé, comme le révèle une récente recherche dirigée par un géochimiste de l’Université de l’Utah.

Selon Chadlin Ostrander, professeur adjoint au Département de Géologie et Géophysique et premier auteur de l’étude publiée dans Nature le 12 juin, l’EGO s’est étendu sur au moins 200 millions d’années. Comprendre l’accumulation d’oxygène dans les océans de la Terre a posé des défis significatifs jusqu’à présent.

“Les données émergentes indiquent que l’augmentation initiale de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre était dynamique et s’est produite de manière intermittente jusqu’à environ 2,2 milliards d’années”, explique Ostrander. “Nos découvertes soutiennent cette hypothèse et étendent ces dynamiques à l’environnement océanique.”

Son équipe de recherche internationale, soutenue par le programme d’exobiologie de la NASA, s’est concentrée sur les schistes marins trouvés dans le Supergroupe du Transvaal en Afrique du Sud. Leur étude a permis d’approfondir la compréhension de la dynamique de l’oxygénation des océans lors d’une période cruciale de l’histoire de la Terre.

À travers l’analyse des ratios isotopiques stables du thallium (Tl) et des éléments sensibles aux conditions redox, ils ont identifié des fluctuations dans les niveaux d’oxygène marins qui coïncidaient avec les changements dans l’oxygène atmosphérique.

Ces découvertes contribuent de manière significative à notre compréhension des processus complexes qui ont influencé les niveaux d’oxygène sur Terre lors d’une période critique, préparant le terrain pour l’évolution de la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui.

“Nous manquons encore d’une compréhension claire des conditions océaniques qui ont probablement nourri les premières formes de vie sur Terre et leur évolution”, a déclaré Ostrander, qui a récemment rejoint l’Université de l’Utah en provenance de l’Institution océanographique de Woods Hole dans le Massachusetts. “Savoir les niveaux d’oxygène dans les océans et comment ils ont changé au fil du temps est probablement plus crucial pour les premières formes de vie que la compréhension de l’atmosphère.”

S’appuyant sur les insights des recherches précédentes sur l’oxygénation de la Terre

Cette recherche s’appuie sur le travail antérieur des collègues d’Ostrander, Simon Poulton de l’Université de Leeds au Royaume-Uni, et Andrey Bekker de l’Université de Californie à Riverside. Leur étude de 2021 a révélé que l’oxygène ne s’est pas accumulé de manière permanente dans l’atmosphère avant environ 200 millions d’années après le début du processus mondial d’oxygénation, un délai beaucoup plus tardif que précédemment estimé.

La présence de signatures isotopiques rares du soufre, indépendantes de la masse, dans les enregistrements sédimentaires avant l’Événement de Grande Oxydation, constitue une preuve convaincante d’une atmosphère anoxique. Ces motifs isotopiques du soufre sont difficiles à générer par des processus naturels sur Terre, et leur persistance dans le registre rocheux suggère fortement l’absence d’O2 atmosphérique.

Pendant la première moitié de l’histoire de la Terre, son atmosphère et ses océans étaient largement dépourvus d’O2. Les cyanobactéries dans les océans ont commencé à produire ce gaz avant l’Événement de Grande Oxydation, mais le premier O2 a rapidement été consommé dans des réactions avec les minéraux exposés et les gaz volcaniques.

Poulton, Bekker et leurs collègues ont observé que ces signatures isotopiques rares du soufre disparaissent et réapparaissent, indiquant de multiples fluctuations dans les niveaux d’O2 atmosphérique pendant l’Événement de Grande Oxydation. Cette période a été marquée par des augmentations successives et des diminutions des niveaux d’oxygène, plutôt que par un événement unique et isolé.

Les défis de l’oxygénation de la Terre

Selon Ostrander, la Terre a connu une évolution biologique, géologique et chimique significative avant de devenir propice à l’oxygénation. Il compare ce processus à un balancier, où la production et la destruction d’oxygène étaient en équilibre, empêchant tout changement atmosphérique significatif. Les chercheurs enquêtent toujours sur le moment où la Terre a atteint un point d’oxygénation irréversible, se détachant des conditions anoxiques.

Malgré le fait que l’oxygène constitue désormais 21% de l’atmosphère terrestre en poids, juste après l’azote, il est resté une composante mineure pendant des centaines de millions d’années après l’Événement de Grande Oxydation.

Techniques avancées d’analyse isotopique

Pour étudier l’oxygénation océanique pendant l’Événement de Grande Oxydation, l’équipe d’Ostrander a utilisé les isotopes stables du thallium, bénéficiant des avancées récentes en spectrométrie de masse. Les isotopes, variantes du même élément avec des nombres différents de neutrons, jouent un rôle crucial dans des domaines tels que l’archéologie et la géochimie.

Isotopes de thallium et indicateurs d’oxygène

Les ratios isotopiques du thallium reflètent l’enfouissement des oxydes de manganèse sur le plancher océanique, un processus nécessitant de l’oxygène (O2) dans l’eau de mer. L’analyse des isotopes du thallium dans les schistes marins, qui a également suivi les fluctuations des isotopes rares du soufre dans l’oxygène atmosphérique lors de l’Événement de Grande Oxydation (EGO), a révélé des enrichissements dans l’isotope de thallium de masse plus légère (203Tl).

Ces enrichissements coïncident avec les périodes où l’atmosphère était oxygénée, comme indiqué par l’absence de signatures isotopiques rares du soufre. À l’inverse, les enrichissements disparaissent lorsque l’atmosphère retourne à des conditions anoxiques, en accord avec les résultats obtenus par les éléments sensibles aux conditions redox, un autre outil utilisé pour étudier les variations anciennes de l’oxygène.

Ostrander conclut : “Lorsque les isotopes du soufre signalent l’oxygénation de l’atmosphère, les isotopes du thallium indiquent l’oxygénation des océans. La synchronisation de l’oxygénation et de la désoxygénation de l’atmosphère et de l’océan offre de nouvelles perspectives sur la Terre ancienne, révélant des dynamiques auparavant inconnues.”

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Lisez l’article original sur : Scitech daily

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