Il y a des milliards d'années, l'environnement de la Terre était très différent de celui que nous connaissons aujourd'hui. Fondamentalement, l'atmosphère primordiale de notre planète était toxique pour la vie telle que nous la connaissons, composée de dioxyde de carbone, d'azote et d'autres gaz. Cependant, à l'ère paléoprotérozoïque (il y a 2,5 à 1,6 milliards d'années), un changement spectaculaire s'est produit là où l'oxygène a commencé à être introduit dans l'atmosphère - connu sous le nom de Great Oxidation Event (GOE).
Jusqu'à récemment, les scientifiques n'étaient pas sûrs que cet événement - qui était le résultat de bactéries photosynthétiques altérant l'atmosphère - se soit produit rapidement ou non. Cependant, selon une étude récente d'une équipe de scientifiques internationaux, cet événement a été beaucoup plus rapide qu'on ne le pensait. Sur la base de preuves géologiques récemment découvertes, l'équipe a conclu que l'introduction d'oxygène dans notre atmosphère ressemblait «plus à un tuyau d'incendie» qu'à un filet.
L'étude, intitulée "Des évaporites vieilles de deux milliards d'années capturent la grande oxydation de la Terre", a récemment paru dans la revue Science. Dirigée par Clara Blättler, chercheuse postdoctorale au Département des géosciences de Princeton, l'équipe comprenait également des membres du Blue Marble Space Institute of Science, du Karelian Science Center, du British Geological Survey, du Geological Survey of Norway et de plusieurs universités. .
En bref, le grand événement d'oxygénation a commencé il y a environ 2,45 milliards d'années au début de l'éon protérozoïque. On pense que ce processus est le résultat de cyanobactéries métabolisant lentement le dioxyde de carbone (CO2) et produisant de l'oxygène gazeux, qui représente maintenant environ 20% de notre atmosphère. Cependant, jusqu'à récemment, les scientifiques n'étaient pas en mesure de mettre beaucoup de contraintes sur cette période.
Heureusement, une équipe de géologues du Geological Survey of Norway - en collaboration avec le Karelian Research Center de Petrozavodsk, en Russie - a récemment récupéré des échantillons de sels cristallisés conservés en Russie qui datent de cette période. Ils ont été extraits d'un trou de 1,9 km de profondeur (1,2 mi) en Carélie dans le nord-ouest de la Russie, à partir du site de forage Onega Parametric Hole (OPH) sur les rives ouest du lac Onega.
Ces cristaux de sel, qui sont il y a environ 2 milliards d'années, étaient le résultat de l'évaporation de l'eau de mer ancienne. À l'aide de ces échantillons, Blättler et son équipe ont pu apprendre des choses sur la composition des océans et de l'atmosphère qui existait sur Terre à l'époque du GOE. Pour commencer, l'équipe a déterminé qu'ils contenaient une quantité étonnamment élevée de sulfate, qui est le résultat de la réaction de l'eau de mer avec l'oxygène.
Comme l'a expliqué Aivo Lepland - chercheur au Geological Survey of Norway, spécialiste en géologie à l'Université de technologie de Tallinn et auteur principal de l'étude - dans un récent communiqué de presse de Princeton:
«C'est la preuve la plus forte jamais établie que nos anciennes eaux de mer à partir desquelles ces minéraux ont précipité avaient des concentrations élevées de sulfate atteignant au moins 30% du sulfate océanique actuel, comme l'indiquent nos estimations. C'est beaucoup plus élevé qu'on ne le pensait auparavant et il faudra repenser considérablement l'ampleur de l'oxygénation du système atmosphère-océan de la Terre, vieux de 2 milliards d'années. »
Avant cela, les scientifiques n'étaient pas sûrs du temps qu'il a fallu à notre atmosphère pour atteindre son équilibre actuel d'azote et d'oxygène, qui est essentiel à la vie telle que nous la connaissons. Fondamentalement, l'opinion était divisée entre le fait que quelque chose s'est produit rapidement ou s'est produit au cours de millions d'années. Cela tient en grande partie au fait que les plus anciens sels de roche découverts datent d'un milliard d'années.
"Il a été difficile de tester ces idées parce que nous n'avions pas de preuves de cette époque pour nous parler de la composition de l'atmosphère", a déclaré Blättler. Cependant, en découvrant des sels de roche vieux d'environ 2 milliards d'années, les scientifiques ont maintenant les preuves dont ils ont besoin pour imposer des contraintes au GOE. La découverte a également été très heureuse, étant donné que ces échantillons de sels de roche sont plutôt fragiles.
Les échantillons utilisés pour cette étude contenaient de l'halite (qui est chimiquement identique au sel de table ou au chlorure de sodium) ainsi que d'autres sels de calcium, de magnésium et de potassium - qui se dissolvent facilement au fil du temps. Cependant, l'échantillon obtenu dans ce cas était exceptionnellement bien conservé au plus profond de la Terre. En tant que tels, ils sont en mesure de fournir aux scientifiques des indices précieux sur ce qui s'est passé à l'époque du GOE.
À plus long terme, cette dernière étude devrait conduire à de nouveaux modèles expliquant ce qui s'est passé après le GOE pour provoquer l'accumulation d'oxygène gazeux dans notre atmosphère. Comme l'explique John Higgins, professeur adjoint de géosciences à Princeton, qui a fourni l'interprétation de l'analyse géochimique:
«Il s'agit d'une classe assez spéciale de gisements géologiques. Il y a eu beaucoup de débats pour savoir si le grand événement d'oxydation, qui est lié à l'augmentation et à la diminution de divers signaux chimiques, représente un grand changement dans la production d'oxygène, ou juste un seuil qui a été franchi. L'essentiel est que ce document apporte la preuve que l'oxygénation de la Terre au cours de cette période a impliqué beaucoup de production d'oxygène… Il peut y avoir eu des changements importants dans les cycles de rétroaction sur terre ou dans les océans, ou une augmentation importante de microbes, mais dans tous les cas, c'était beaucoup plus dramatique que ce que nous avions compris auparavant. »
Ces modèles sont également susceptibles d'aider à la chasse à la vie au-delà de notre système solaire. En comprenant ce qui s'est passé sur notre propre planète il y a des milliards d'années pour la rendre adaptée à la vie, nous pourrons repérer ces mêmes conditions et processus sur d'autres planètes.
