Le voyage de 200 millions d’années vers l’oxygène

Le « grand événement d’oxydation » de la Terre a duré 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 dans l’atmosphère et les océans était un processus dynamique qui a duré plus de 200 millions d’années, influencé par des facteurs géologiques et biologiques cruciaux pour l’évolution de la vie.

Le grand événement d’oxydation

Il y a environ 2,5 milliards d’années, l’oxygène libre, ou O₂Ils ont commencé à s’accumuler à des niveaux significatifs dans l’atmosphère terrestre, ouvrant la voie à l’émergence 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, ce n’était pas aussi simple que ce surnom le suggère, selon de nouvelles recherches menées par un géochimiste de l’Université de l’Utah.

Cet « événement » a duré au moins 200 millions d’années. O l’accumulation est suivie₂ La vie 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 indiquent que la hausse initiale de l’O₂ L’atmosphère terrestre était dynamique, se déployant par intermittence jusqu’en 2.2 peut-être. « 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 confirment cette hypothèse et vont même plus loin en étendant cette dynamique à l’océan. »

Chadlyn Ostrander. Crédit image : Chad Ostrander, Université de l’Utah

Visions de roches marines

Son équipe de recherche internationale, qu’il soutient NASA Le programme Exobiologie, axé sur les roches marines du supergroupe du Transvaal en Afrique du Sud, donne un aperçu de la dynamique de l’oxygène des océans au cours de cette période cruciale de l’histoire de la Terre. En analysant les ratios d’isotopes stables du thallium et des éléments sensibles au rédox, ils ont découvert des preuves de fluctuations de l’O marin.₂ Des niveaux qui coïncidaient avec les changements de l’oxygène atmosphérique.

Ces résultats contribuent à faire progresser la compréhension des processus complexes qui ont formé l’O de la Terre.₂ Leurs niveaux au cours d’une période critique de l’histoire de la planète ont ouvert la voie à l’évolution de la vie telle que nous la connaissons.

Comprendre les premières conditions océaniques

« Nous ne savons pas vraiment ce qui se passait dans les océans, où les formes de vie les plus anciennes sur Terre sont probablement originaires et ont évolué », a déclaré Ostrander, qui a rejoint la faculté de l’UCLA l’année dernière en provenance de la Woods Hole Oceanographic Institution dans le Massachusetts. « Alors sachant O₂ Le contenu des océans et la manière dont ils ont évolué au fil du temps sont peut-être plus importants pour les débuts de la vie que l’atmosphère.

La recherche s’appuie sur les travaux des co-auteurs d’Ostrander, Simon Bolton de l’Université de Leeds au Royaume-Uni et Andre Becker de l’Université de Californie à Riverside. dans Étude 2021Leur équipe de scientifiques a découvert que O₂ Il n’est devenu un élément permanent 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 dans l’atmosphère et les océans

La preuve concluante d’une atmosphère anoxique est la présence de signatures isotopiques de soufre rares et indépendantes de la masse dans les enregistrements sédimentaires antérieurs au GOE. Très peu de processus sur Terre peuvent générer ces signatures isotopiques du soufre, et on sait que leur préservation dans les roches nécessite l’absence d’oxygène atmosphérique.₂.

Durant la première moitié de l’existence de la Terre, l’atmosphère et les océans étaient largement dépourvus d’O.₂. Ce gaz semble avoir été produit par des cyanobactéries dans l’océan avant le GOE, mais à ces débuts, O₂ Il est rapidement détruit par des réactions avec les minéraux exposés et les gaz volcaniques. Bolton, Baker et leurs collègues ont découvert que les traces d’isotopes rares du soufre disparaissent mais réapparaissent, indiquant la présence de plusieurs molécules d’O.₂ La montée et la descente de l’atmosphère pendant le GOE. Il ne s’agissait pas d’un seul « événement ».

Les défis de l’oxygénation de la Terre

« La Terre n’était pas prête à être oxygénée lorsqu’elle a commencé à produire de l’oxygène. Il a fallu du temps pour qu’elle évolue biologiquement, géologiquement et chimiquement pour être adaptée à l’oxygène », a déclaré Ostrander. « C’est comme une bascule. » Vous avez une production d’oxygène, mais vous avez beaucoup de destruction d’oxygène, et rien ne se passe. Nous essayons toujours de comprendre quand nous avons complètement fait pencher la balance et que la Terre n’a pas pu retourner dans une atmosphère sans oxygène.

Aujourd’hui, ou₂ Il 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 retracer la présence de O₂ Dans l’océan lors du 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 les 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 des éléments situés au bas du 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 roches marines qui avaient récemment démontré leur capacité à suivre l’O2 dans l’atmosphère.₂ Fluctuations au cours du GOE avec des isotopes rares du soufre.

Dans les roches de schiste, Ostrander et son équipe ont découvert un enrichissement marqué en isotope plus léger, le thallium (²⁰³Tl), une tendance qui s’explique mieux par l’enfouissement de l’oxyde de manganèse sur le fond marin et donc l’accumulation d’O₂ Dans l’eau de mer. Ces enrichissements se retrouvent dans les mêmes échantillons dépourvus de signatures isotopiques rares du soufre, et donc lorsque l’atmosphère n’est plus dépourvue d’oxygène. Glaçage sur le gateau: ²⁰³Les enrichissements disparaissent lorsque les signatures isotopiques rares du soufre reviennent. Ces résultats sont étayés par l’enrichissement d’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 est devenue oxygénée, les isotopes du thallium disent que les océans sont devenus oxygénés. Lorsque les isotopes du soufre disent que l’atmosphère est redevenue anoxique, les isotopes du thallium disent la même chose pour l’océan », a déclaré Ostrander. à la fois oxygénés et désoxygénés. « C’est une nouvelle information intéressante pour ceux qui s’intéressent aux terres anciennes. »

Référence : « Début de la double atmosphère et oxygénation des océans il y a 2,3 milliards d’années » par Chadlin M. Ostrander, Andy W. Heard, Yunchao Shu, Andrey Bekker, Simon W. Poulton, Kasper P. Olesen et Sune G. Nielsen, 12 juin 2024 , nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07551-5