On en sait plus sur la Grande Oxygénation de la Terre

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Crédit : CC0 Domaine public

Il y a environ 2,5 milliards d’années, un événement crucial s’est produit sur Terre qui a façonné le cours de son histoire géologique et biologique : la Grande Oxygénation (ou Grande Oxydation, GOE). Ce phénomène, qui aura marqué le début de l’accumulation significative d’oxygène libre (O₂) dans l’atmosphère terrestre et ouvert la voie à l’épanouissement de formes de vie complexes, aurait duré environ 200 millions d’années.

L’oxygénation de la Terre

Il y a environ 2,5 milliards d’années, la Terre était très différente de ce que nous connaissons aujourd’hui. L’atmosphère était en effet dominée par des gaz tels que le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄) et l’ammoniac (NH₃), créant ainsi un environnement réducteur. À cette époque, les océans étaient également dépourvus d’oxygène libre et la vie sur Terre se limitait à des formes simples, principalement des micro-organismes anaérobies.

Au cours de cette période, des organismes photosynthétiques primitifs, comme les cyanobactéries, ont évolué. Ces micro-organismes étaient capables de transformer l’énergie solaire en nourriture grâce à la photosynthèse, un processus qui libère de l’oxygène comme sous-produit. Cependant, l’oxygène produit était initialement consommé par des réactions chimiques avec des minéraux et des gaz volcaniques, limitant sa concentration dans l’atmosphère et les océans.

Environ 2,5 milliards d’années avant aujourd’hui, une accumulation progressive de l’oxygène a cependant commencé à se produire, bien que ce processus ait été irrégulier et progressif. Cette oxygénation a eu des implications profondes pour la chimie terrestre, car l’oxygène a réagi avec les éléments et les composés présents sur Terre, formant alors de nouveaux minéraux et modifiant la composition atmosphérique.

L’émergence de l’oxygène a également ouvert la voie à l’évolution de nouvelles formes de vie plus complexes. Les organismes anaérobies ont dû s’adapter aux changements environnementaux, tandis que les nouvelles niches écologiques créées par l’oxygène ont favorisé l’émergence de formes de vie aérobies plus énergétiquement efficaces.

Un peu plus tard, l’oxygène atmosphérique est devenu suffisamment abondant pour permettre la formation d’ozone (O₃) dans la haute atmosphère. Cette couche d’ozone a joué un rôle crucial en filtrant les rayonnements ultraviolets du Soleil, offrant ainsi une protection supplémentaire pour les organismes terrestres contre les effets nocifs de ces rayonnements.

grand événement d'oxydation
Crédits : digitalmazdoor/istock

200 millions d’années

Cette Grande Oxydation n’a pas été un événement linéaire et uniforme, comme son nom pourrait le suggérer. Au contraire, des recherches récentes menées par une équipe internationale de chercheurs, dont Chadlin Ostrander de l’Université de l’Utah, révèlent en effet que l’accumulation initiale d’O₂ dans l’atmosphère et les océans était marquée par une dynamique complexe et pulsée. Selon les chercheurs, l’augmentation initiale de l’O₂ a eu lieu par à-coups, s’étendant sur au moins 200 millions d’années jusqu’à environ 2,3 milliards d’années.

Pour ces travaux, les chercheurs se sont concentrés sur l’analyse des schistes marins du supergroupe du Transvaal en Afrique du Sud, une région clé pour étudier les conditions de l’océan durant cette période critique. En utilisant les rapports isotopiques stables du thallium (Tl) et d’autres éléments sensibles au rédox, ils ont identifié des fluctuations dans les niveaux d’O₂ marin qui correspondaient aux changements observés dans l’oxygène atmosphérique. Ces découvertes remettent en question la vision traditionnelle d’un GOE comme un événement simple et uniforme.

Une dynamique complexe dans l’oxygénation terrestre

Les chercheurs affirment que les données recueillies montrent que la Terre a dû subir des évolutions biologiques, géologiques et chimiques significatives pour permettre un processus d’oxygénation durable. Cela signifie que différents aspects de la planète, tels que la vie, les processus géologiques et les réactions chimiques, ont dû se transformer au fil du temps pour rendre possible l’accumulation d’oxygène dans l’atmosphère et les océans.

Les périodes pendant lesquelles les niveaux d’oxygène dans les océans et l’atmosphère augmentaient, ainsi que celles où ils diminuaient à nouveau, semblent avoir été synchronisées de manière étroite. Cette synchronisation suggère qu’il existe une profonde interconnexion entre les océans et l’atmosphère terrestre dans le processus d’oxygénation de la planète.

En d’autres termes, les changements dans l’oxygène atmosphérique influencent également les niveaux d’oxygène dans les océans et vice versa, ce qui montre à quel point ces deux systèmes vitaux de la Terre sont intimement liés et interdépendants.

Les recherches futures viseront à affiner notre compréhension des mécanismes exacts qui ont régulé l’oxygénation de la Terre. L’utilisation avancée des isotopes du thallium et d’autres techniques géochimiques permettra de cartographier avec encore plus de précision l’évolution des niveaux d’O₂ dans les océans et d’élucider les interactions complexes entre les processus biologiques, géologiques et atmosphériques qui ont conduit à la Grande Oxygénation.

En somme, l’étude du GOE nous rappelle que l’histoire de la Terre est une histoire de transformations profondes et souvent complexes. Comprendre comment et pourquoi l’oxygène est devenu une composante cruciale de notre environnement est essentiel non seulement pour reconstituer notre passé lointain, mais aussi pour mieux prévoir et comprendre l’avenir de notre planète dans un contexte de changements environnementaux globaux.