L'existence de mondes extraterrestres habitables est un pilier de la culture populaire depuis plus d'un siècle. Dans le 19ème siècle, les astronomes pensaient que les Martiens pourraient utiliser des liaisons de transport basées sur des canaux pour traverser la planète rouge. Maintenant, malgré vivre à une époque où les scientifiques peuvent étudier des planètes à des années-lumière de notre propre système solaire, la plupart des nouvelles recherches continuent de diminuer les chances de trouver d'autres mondes sur lesquels les humains pourraient vivre. La plus grande pierre d'achoppement peut être l'oxygène - les colons humains auraient besoin d'une atmosphère riche en oxygène pour respirer.

Alors, comment avons-nous eu la chance d'évoluer sur une planète avec beaucoup d'oxygène ? L'histoire des océans et de l'atmosphère de la Terre suggère que l'élévation des niveaux actuels d'O₂ a été assez difficile. Le consensus actuel est que la Terre a subi une augmentation en trois étapes des niveaux d'oxygène atmosphérique et océanique, le premier étant appelé le "Grand événement d'oxydation" il y a environ 2,4 milliards d'années. Après cela est venu "l'événement d'oxygénation néoprotérozoïque" il y a environ 800 millions d'années, et puis enfin "l'événement d'oxygénation paléozoïque" il y a environ 400 millions d'années, lorsque les niveaux d'oxygène sur Terre ont atteint leur pic moderne de 21%.

Ce qui s'est passé pendant ces trois périodes pour augmenter les niveaux d'oxygène est un sujet de débat. Une idée est que de nouveaux organismes ont "bio-ingénierie" la planète, restructurer l'atmosphère et les océans soit par leurs métabolismes, soit par leurs modes de vie. Par exemple, l'essor des plantes terrestres il y a environ 400 millions d'années pourrait avoir augmenté l'oxygène dans l'atmosphère grâce à la photosynthèse terrestre, succédant aux bactéries photosynthétiques de l'océan qui ont été les principaux producteurs d'oxygène pendant la majeure partie de l'histoire de la Terre. Alternativement, des changements de la tectonique des plaques ou de gigantesques éruptions volcaniques ont également été liés aux événements d'oxygénation de la Terre.

Cette histoire basée sur des événements sur la façon dont l'oxygène est devenu si abondant sur Terre implique que nous sommes très chanceux de vivre dans un monde riche en oxygène. Si une éruption volcanique n'avait pas eu lieu, ou un certain type d'organisme n'avait pas évolué, alors l'oxygène pourrait avoir calé à de faibles niveaux. Mais nos dernières recherches suggèrent que ce n'est pas le cas. Nous avons créé un modèle informatique du carbone de la Terre, cycles de l'oxygène et du phosphore et ont découvert que les transitions de l'oxygène peuvent s'expliquer par la dynamique inhérente à notre planète et n'ont probablement pas nécessité d'événements miraculeux.

Le phosphore, le chaînon manquant

Une chose qui, selon nous, manque aux théories sur l'oxygénation de la Terre est le phosphore. Ce nutriment est très important pour les bactéries photosynthétiques et les algues dans l'océan. La quantité de phosphore marin contrôlera en fin de compte la quantité d'oxygène produite sur Terre. C'est toujours vrai aujourd'hui, et ce depuis l'évolution des microbes photosynthétiques il y a environ trois milliards d'années.

La photosynthèse dans l'océan dépend du phosphore, mais les niveaux élevés de phosphate entraînent également la consommation d'oxygène dans l'océan profond par le biais d'un processus appelé eutrophisation. Quand les microbes photosynthétiques meurent, ils se décomposent, qui consomme l'oxygène de l'eau. Au fur et à mesure que les niveaux d'oxygène baissent, les sédiments ont tendance à libérer encore plus de phosphore. Cette boucle de rétroaction élimine rapidement l'oxygène. Cela signifiait que les niveaux d'oxygène dans les océans pouvaient changer rapidement, mais ils ont été amortis sur de longues périodes par un autre processus impliquant le manteau terrestre.

Tout au long de l'histoire de la Terre, l'activité volcanique a libéré des gaz qui réagissent avec et éliminent l'oxygène de l'atmosphère. Ces flux de gaz ont diminué au fil du temps en raison du refroidissement du manteau terrestre, et notre modèle informatique suggère que cette réduction lente ainsi que l'évolution initiale de la vie photosynthétique étaient tout ce qui était nécessaire pour produire une série d'augmentations progressives des niveaux d'oxygène.

Ces augmentations progressives ressemblent clairement à l'augmentation en trois étapes de l'oxygène qui s'est produite tout au long de l'histoire de la Terre. Le modèle soutient également notre compréhension actuelle de l'oxygénation des océans, qui semble avoir impliqué de nombreux cycles d'oxygénation et de désoxygénation avant que les océans ne soient oxygénés de manière résiliente comme ils le sont aujourd'hui.

Ce qui est vraiment excitant dans tout cela, c'est que le modèle d'oxygénation peut être créé sans avoir besoin de sauts évolutifs difficiles et complexes, ou des événements volcaniques ou tectoniques catastrophiques circonstanciels. Il semble donc que l'oxygénation de la Terre ait pu être inévitable une fois la photosynthèse évoluée – et les chances que des mondes riches en oxygène existent ailleurs pourraient être beaucoup plus élevées.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.