Le fond océanique est vaste et varié, représentant plus de 70 % de la surface de la Terre. Les scientifiques utilisent depuis longtemps les informations provenant des sédiments au fond de l'océan - des couches de roche et de boue microbienne - pour reconstituer les conditions dans les océans du passé.

Ces reconstructions sont importantes pour comprendre comment et quand l'oxygène est devenu disponible dans l'atmosphère terrestre et a finalement atteint les niveaux qui soutiennent la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui.

Pourtant, les reconstructions qui reposent sur les signaux des roches sédimentaires mais ignorent l'impact des processus sédimentaires locaux le font à leurs risques et périls, selon des géoscientifiques dont David Fike en Arts &Sciences à l'Université de Washington à St. Louis.

Leur nouvelle étude publiée le 26 février dans Avancées scientifiques est basé sur des analyses d'un minéral appelé pyrite (FeS 2 ) qui se forme en présence de bactéries. Avec son fer (Fe) et son soufre (S) réduits chimiquement, l'enfouissement de la pyrite dans les sédiments marins est l'un des principaux contrôles des niveaux d'oxygène dans l'atmosphère terrestre et les océans.

Les chercheurs ont comparé la pyrite dans les sédiments collectés dans un trou de forage foré dans le plateau juste au large de la côte est de la Nouvelle-Zélande avec des sédiments forés dans le même bassin océanique mais à des centaines de kilomètres dans le Pacifique.

"Nous avons pu obtenir un gradient de sédiments peu profonds à profonds et comparer les différences entre ces compositions isotopiques dans la pyrite entre ces sections, " dit Fike, professeur de sciences de la Terre et des planètes et directeur des études environnementales à l'Université de Washington.

"Nous démontrons que, pour ce seul bassin en pleine mer, vous obtenez des signaux très différents entre les eaux peu profondes et profondes, ce qui est une preuve prima facie pour affirmer que ces signaux ne sont pas l'empreinte globale de l'oxygène dans l'atmosphère, " dit Fike, qui est également directeur du Centre international pour l'énergie de l'Université de Washington, Environnement et durabilité (InCEES).

Au lieu de pointer directement vers l'oxygène, les mêmes signaux de la pyrite pourraient être réinterprétés car ils se rapportent à d'autres facteurs importants, Fike a dit, comme le changement du niveau de la mer et la tectonique des plaques.

Fike et premier auteur Virgil Pasquier, un boursier postdoctoral à l'Institut des sciences Weizmann en Israël, a d'abord remis en question la façon dont la pyrite a été utilisée comme proxy dans une étude publiée dans PNAS en 2017 utilisant des sédiments de la mer Méditerranée. Pour sa recherche postdoctorale, Pasquier a travaillé avec le professeur Itay Halevy à l'Institut Weizmann pour comprendre les différents contrôles de la composition isotopique de la pyrite. Leurs résultats soulèvent des inquiétudes quant à l'utilisation courante des isotopes de soufre de la pyrite pour reconstruire l'état d'oxydation en évolution de la Terre.

"À proprement parler, nous étudions les cycles couplés du carbone, l'oxygène et le soufre, et les contrôles de l'état d'oxydation de l'atmosphère, " dit Pasquier.

"C'est beaucoup plus sexy pour un article de reconstituer les changements passés de la chimie des océans que de se concentrer sur l'enfouissement des roches ou ce qui s'est passé pendant l'enterrement, " dit-il. " Mais je trouve cette partie encore plus intéressante. Parce que la plupart de la vie microbienne, en particulier à l'époque où l'oxygène s'accumulait initialement dans l'atmosphère, se trouvait dans les sédiments. Et si notre objectif ultime est de comprendre l'oxygénation des océans, alors nous devons comprendre cela."

Pour cette étude, l'équipe a effectué 185 analyses d'isotopes de soufre de la pyrite le long des deux forages. Ils ont déterminé que les changements dans les signaux dans la pyrite du trou de forage près du rivage étaient plus contrôlés par les changements provoqués par le niveau de la mer dans la sédimentation locale, plutôt que tout autre facteur.

En revanche, les sédiments dans le trou de forage plus profond étaient immunisés contre les changements du niveau de la mer. Au lieu, ils ont enregistré un signal associé à la réorganisation à long terme des courants océaniques.

"Il y a un seuil de profondeur d'eau, " a déclaré Roger Bryant, un co-auteur et Ph.D. diplômé du laboratoire de Fike à l'Université de Washington, maintenant boursier postdoctoral à l'Université de Chicago. "Une fois que vous descendez en dessous de cette profondeur d'eau, les isotopes de soufre ne sont apparemment pas sensibles à des choses comme le climat et les conditions environnementales dans l'environnement de surface."

Fike a ajouté :« La Terre est un endroit compliqué, et nous devons nous en souvenir lorsque nous essayons de reconstruire comment cela a changé dans le passé. Il existe un certain nombre de processus différents qui ont un impact sur les types de signaux qui sont préservés. Alors que nous essayons de mieux comprendre l'évolution à long terme de la Terre, nous devons avoir une vision plus nuancée de la façon d'extraire des informations de ces signaux. »