Alors, quand et où l’O2 a-t-il commencé à s’accumuler sur Terre ?

En étudiant des roches anciennes, les chercheurs ont déterminé qu’il y a quelque temps, entre 2,5 et 2,3 milliards d’années, la Terre a subi ce que les scientifiques appellent le « Grand événement d’oxydation » ou « GOE » pour faire court. C’est à cette époque que l’O2 s’est accumulé pour la première fois dans l’atmosphère terrestre et il est présent depuis.

Par le biais de nombreuses études dans ce domaine de recherche, cependant, des preuves ont émergé qu’il y avait de petites quantités d’O2 dans de petites zones des anciens océans peu profonds de la Terre avant le GOE. Et dans une étude publiée récemment dans la revue Nature Geoscience, une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’Arizona State University (ASU) a fourni des preuves irréfutables d’une oxygénation significative des océans avant le GOE, à plus grande échelle et à des profondeurs plus importantes que celles reconnues précédemment.

Pour cette étude, l’équipe a ciblé un ensemble de roches sédimentaires marines de 2,5 milliards d’années provenant d’Australie occidentale, connues sous le nom de schiste du Mont McRae. « Ces roches étaient parfaites pour notre étude car il a été démontré précédemment qu’elles avaient été déposées pendant un épisode d’oxygénation anormale avant le Grand événement d’oxydation », explique l’auteur principal Chadlin Ostrander de l’école d’exploration de la Terre et de l’espace de l’ASU.

Les schistes sont des roches sédimentaires qui ont été, à un moment donné dans le passé de la Terre, déposées sur le fond des anciens océans. Dans certains cas, ces schistes contiennent les empreintes chimiques des anciens océans dans lesquels ils ont été déposés.

Pour cette recherche, Ostrander a dissous des échantillons de schistes et séparé les éléments d’intérêt dans un laboratoire propre, puis mesuré les compositions isotopiques sur un spectromètre de masse. Ce processus a été réalisé avec l’aide des co-auteurs Sune Nielsen de la Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts), Jeremy Owens de l’Université d’État de Floride, Brian Kendall de l’Université de Waterloo (Ontario, Canada), les scientifiques Gwyneth Gordon et Stephen Romaniello de l’École de la Terre et de l’Exploration spatiale de l’ASU, et Ariel Anbar de l’École de la Terre et de l’Exploration spatiale et de l’École des Sciences moléculaires de l’ASU. La collecte des données a duré plus d’un an et a utilisé les installations de la Woods Hole Oceanographic Institution, de la Florida State University et de l’ASU.

À l’aide de spectromètres de masse, l’équipe a mesuré les compositions isotopiques du thallium et du molybdène du schiste du Mont McRae. C’était la première fois que les deux systèmes isotopiques étaient mesurés dans le même ensemble d’échantillons de schiste. Comme on le supposait, un schéma prévisible des isotopes du thallium et du molybdène est apparu, indiquant que les minéraux d’oxyde de manganèse étaient enfouis dans le fond marin sur de vastes régions de l’ancien océan. Pour que cet enfouissement ait lieu, il fallait que l’O2 ait été présent jusqu’au fond de la mer, il y a 2,5 milliards d’années.

Ces résultats améliorent la compréhension des scientifiques de l’histoire de l’oxygénation des océans de la Terre. L’accumulation d’O2 n’était probablement pas limitée à de petites portions de l’océan de surface avant le GOE. Il est plus probable que l’accumulation d’O2 s’étendait sur de grandes régions de l’océan et s’étendait loin dans les profondeurs de l’océan. Dans certaines de ces régions, l’accumulation d’O2 semble même s’être étendue jusqu’au fond de la mer.

« Notre découverte nous oblige à repenser l’oxygénation initiale de la Terre », déclare Ostrander. « De nombreuses lignes de preuves suggèrent que l’O2 a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère de la Terre après environ 2,5 milliards d’années pendant le GOE. Cependant, il est maintenant évident que l’oxygénation initiale de la Terre est une histoire enracinée dans l’océan. L’O2 s’est probablement accumulé dans les océans de la Terre — à des niveaux significatifs, selon nos données — bien avant de le faire dans l’atmosphère. »

« Maintenant que nous savons quand et où l’O2 a commencé à s’accumuler, la question suivante est de savoir pourquoi », déclare le professeur du président de l’ASU et co-auteur Anbar. « Nous pensons que les bactéries qui produisent de l’O2 prospéraient dans les océans bien avant que l’O2 ne commence à s’accumuler dans l’atmosphère. Qu’est-ce qui a changé pour provoquer cette accumulation ? C’est ce sur quoi nous travaillerons ensuite. »