Une nouvelle étude montre que la transition de la Terre vers l’hébergement d’une atmosphère oxygénée en permanence était un processus d’arrêt qui a pris 100 millions d’années de plus qu’on ne le pensait auparavant.
Lorsque la Terre s’est formée pour la première fois il y a 4,5 milliards d’années, l’atmosphère ne contenait presque rien Oxygène. Mais il y a 2,43 milliards d’années, quelque chose s’est produit: les niveaux d’oxygène ont commencé à augmenter, puis à diminuer, accompagnés de changements climatiques massifs, y compris de nombreux glaciers qui ont peut-être recouvert le globe entier de glace.
Les signatures chimiques piégées dans les roches qui se sont formées à cette époque indiquaient qu’il y a 2,32 milliards d’années, l’oxygène était une caractéristique permanente de l’atmosphère de la planète.
Mais une nouvelle étude portant sur la période postérieure à 2,32 milliards d’années a révélé que les niveaux d’oxygène oscillaient toujours d’avant en arrière jusqu’à il y a 2,22 milliards d’années, lorsque la planète a finalement atteint un point de basculement permanent. Cette nouvelle recherche publiée dans la revue Nature tempérée Le 29 mars, la période de ce que les scientifiques appellent l’événement de grande oxydation a été prolongée de 100 millions d’années. Cela peut également confirmer la relation entre l’oxygénation et la variabilité du climat.
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«Nous commençons seulement à voir à quel point cet événement est complexe», a déclaré le co-auteur de l’étude, Andre Becker, géologue à l’Université de Californie à Riverside.
Composition de l’oxygène
L’oxygène créé lors du grand événement d’oxydation a été formé par des cyanobactéries marines, qui sont un type de bactéries qui produisent de l’énergie via Photosynthèse. Le principal sous-produit de la photosynthèse est l’oxygène, et les premières cyanobactéries ont finalement produit suffisamment d’oxygène pour remodeler à jamais le visage de la planète.
La signature de ce changement apparaît dans les roches sédimentaires marines. Dans une atmosphère sans oxygène, ces roches contiennent certains types d’isotopes de soufre. (Les isotopes sont des éléments avec un nombre variable de neutrons dans leur noyau.) Lorsque l’oxygène augmente, les isotopes du soufre disparaissent car les réactions chimiques qui les produisent ne se produisent pas en présence d’oxygène.
Becker et ses collègues étudient depuis longtemps l’émergence et la disparition de ces signaux isotopiques du soufre. Ils et d’autres chercheurs ont observé que l’élévation et la diminution de l’oxygène dans l’atmosphère semblent suivre trois glaciers mondiaux qui se sont produits il y a entre 2,5 milliards et 2,2 milliards d’années. Curieusement, cependant, la quatrième et dernière glaciation de cette période n’était pas liée aux fluctuations des niveaux d’oxygène dans l’atmosphère.
Baker a déclaré à Live Science que les chercheurs étaient perdus. « Pourquoi avons-nous quatre événements de glace, dont trois peuvent être liés et expliqués par des différences d’oxygène atmosphérique, mais le quatrième est indépendant? »
Pour le savoir, les chercheurs ont étudié les roches plus jeunes d’Afrique du Sud. Ces roches marines couvrent la dernière partie de l’événement de grande oxydation, depuis les répercussions de la troisième glaciation jusqu’à il y a environ 2,2 milliards d’années.
Ils ont découvert qu’après le troisième événement de glaciation, l’atmosphère était d’abord dépourvue d’oxygène, puis l’oxygène montait puis diminuait à nouveau. L’oxygène a de nouveau augmenté il y a 2,32 milliards d’années – le point auquel les scientifiques croyaient auparavant que l’augmentation était permanente. Mais dans les roches plus petites, Becker et ses collègues ont découvert une fois de plus une baisse des niveaux d’oxygène. Cette diminution a coïncidé avec la glaciation finale, qui n’était auparavant pas associée aux changements atmosphériques.
«L’oxygène dans l’atmosphère au cours de cette première période était très instable, atteignant des niveaux relativement élevés et tombant à des niveaux très bas», a déclaré Baker. «C’est quelque chose auquel nous ne nous attendions pas avant les 4 ou 5 dernières années peut-être [of research]. «
Cyanobactéries contre volcans
Les chercheurs travaillent toujours pour découvrir la cause de toutes ces fluctuations, mais ils ont quelques idées. L’un des facteurs clés est le méthane, qui est un gaz à effet de serre plus efficace qui emprisonne la chaleur que le dioxyde de carbone.
Aujourd’hui, le méthane joue un petit rôle dans le réchauffement climatique par rapport au dioxyde de carbone, car le méthane réagit avec l’oxygène et disparaît de l’atmosphère en une dizaine d’années, tandis que le dioxyde de carbone reste présent pendant des centaines d’années. Mais lorsqu’il y avait moins d’oxygène dans l’atmosphère, le méthane durait plus longtemps et servait de gaz à effet de serre plus important.
La séquence de l’oxygène et le changement climatique se sont donc probablement déroulés comme suit: les cyanobactéries ont commencé à produire de l’oxygène, qui a réagi avec le méthane dans l’atmosphère à ce moment-là, ne laissant que du dioxyde de carbone. Ce dioxyde de carbone n’était pas assez abondant pour compenser l’effet de réchauffement du méthane perdu, alors la planète a commencé à se refroidir. Les glaciers se sont étendus et la surface de la planète est devenue glacée et froide.
Mais les volcans sous-glaciaires ont sauvé la planète du pergélisol profond. L’activité volcanique a finalement augmenté les niveaux de dioxyde de carbone suffisamment élevés pour réchauffer à nouveau la planète. Et tandis que la production d’oxygène dans les océans recouverts de glace a été retardée en raison des cyanobactéries recevant moins de lumière solaire, le méthane des volcans et des micro-organismes a recommencé à s’accumuler dans l’atmosphère, ce qui a fait chauffer davantage les choses.
Mais les niveaux de dioxyde de carbone volcanique ont eu un autre impact important. Lorsque le dioxyde de carbone réagit avec l’eau de pluie, il forme de l’acide carbonique, qui dissout les roches plus rapidement que le pH neutre de l’eau de pluie. Cette altération plus rapide des roches apporte plus de nutriments comme le phosphore aux océans. Il y a plus de 2 milliards d’années, un tel afflux de nutriments aurait poussé les cyanobactéries marines productrices d’oxygène dans une frénésie de production, augmentant à nouveau les niveaux d’oxygène dans l’atmosphère, abaissant le méthane et recommençant tout le cycle.
Finalement, un autre changement géologique a interrompu ce cycle d’oxygénation et d’agglutination. Ce schéma semble s’être terminé il y a environ 2,2 milliards d’années lorsque le record de roche indique une augmentation du carbone organique enfoui, indiquant que les organismes photosynthétiques étaient à leur zénith. Personne ne sait exactement ce qui a conduit à ce point de basculement Becker et ses collègues ont supposé Cette activité volcanique de cette période a fourni un nouvel afflux de nutriments dans les océans et a finalement donné aux cyanobactéries tout ce dont elles avaient besoin pour prospérer. À ce stade, a déclaré Baker, les niveaux d’oxygène étaient suffisamment élevés pour supprimer définitivement l’énorme impact du méthane sur le climat, et le dioxyde de carbone provenant de l’activité volcanique et d’autres sources est devenu le principal gaz à effet de serre pour maintenir la planète au chaud.
Baker a déclaré qu’il existe de nombreuses autres séries rock de cette époque à travers le monde, notamment en Afrique de l’Ouest, en Amérique du Nord, au Brésil, en Russie et en Ukraine. Il a déclaré que ces roches anciennes nécessitaient davantage d’études pour révéler le fonctionnement des premiers cycles d’oxygène, en particulier pour comprendre comment les hauts et les bas affectent la vie de la planète.
Publié à l’origine sur Live Science.
