Pour le développement des animaux, rien, à l'exception de l'ADN, ne peut être plus important que l'oxygène dans l'atmosphère.

L'oxygène permet les réactions chimiques que les animaux utilisent pour obtenir de l'énergie à partir des glucides stockés, de la nourriture. Ce n'est donc peut-être pas un hasard si des animaux sont apparus et ont évolué au cours de "l'explosion cambrienne, " qui a coïncidé avec un pic d'oxygène atmosphérique il y a environ 500 millions d'années.

C'est lors de l'explosion cambrienne que la plupart des dessins d'animaux actuels sont apparus.

Dans les plantes vertes, la photosynthèse sépare le dioxyde de carbone en oxygène moléculaire (qui est rejeté dans l'atmosphère), et le carbone (qui est stocké dans les glucides).

Mais la photosynthèse existait déjà depuis au moins 2,5 milliards d'années. Alors, qu'est-ce qui explique le pic soudain d'oxygène pendant le Cambrien ?

Une étude maintenant en ligne dans le numéro de février de Lettres des sciences de la Terre et des planètes lie l'augmentation de l'oxygène à une augmentation rapide de l'enfouissement de sédiments contenant de grandes quantités de matière organique riche en carbone. La clé, dit le co-auteur de l'étude Shanan Peters, professeur de géosciences à l'Université du Wisconsin-Madison, est de reconnaître que le stockage des sédiments bloque l'oxydation du carbone.

Sans enterrement, cette réaction d'oxydation fait brûler les matières végétales mortes à la surface de la Terre. Cela provoque le carbone qu'il contient, qui a pris naissance dans l'atmosphère, se lier à l'oxygène pour former du dioxyde de carbone. Et pour que l'oxygène s'accumule dans notre atmosphère, la matière organique végétale doit être protégée de l'oxydation.

Et c'est exactement ce qui se passe lorsque la matière organique - la matière première du charbon, le pétrole et le gaz naturel—est enfoui par des processus géologiques.

Pour faire ce cas, Peters et son boursier postdoctoral Jon Husson ont extrait un ensemble de données unique appelé Macrostrat, une accumulation d'informations géologiques sur l'Amérique du Nord dont Peters a orchestré la construction pendant 10 ans.

Les graphiques parallèles de l'oxygène dans l'atmosphère et de l'enfouissement des sédiments, basé sur la formation de roches sédimentaires, indiquent une relation entre l'oxygène et les sédiments. Les deux graphiques montrent un pic plus petit à 2,3 milliards d'années et un plus grand il y a environ 500 millions d'années.

"C'est une corrélation, mais notre argument est qu'il existe des liens mécanistes entre la géologie et l'histoire de l'oxygène atmosphérique, " dit Husson. " Quand vous stockez des sédiments, il contient de la matière organique formée par photosynthèse, qui convertit le dioxyde de carbone en biomasse et libère de l'oxygène dans l'atmosphère. L'enterrement enlève le carbone de la surface de la Terre, l'empêchant de se lier à l'oxygène moléculaire extrait de l'atmosphère."

Certaines des poussées d'enfouissement des sédiments identifiées par Husson et Peters ont coïncidé avec la formation de vastes champs de combustibles fossiles qui sont encore exploités aujourd'hui, y compris le bassin permien riche en pétrole au Texas et les gisements de charbon de Pennsylvanie dans les Appalaches.

"Enfouir les sédiments qui sont devenus des combustibles fossiles était la clé de la vie animale avancée sur Terre, " Peters dit, notant que la vie multicellulaire est en grande partie une création du Cambrien.

Aujourd'hui, brûler des milliards de tonnes de carbone stocké dans les combustibles fossiles élimine de grandes quantités d'oxygène de l'atmosphère, inversant le modèle qui a conduit à l'augmentation de l'oxygène. Ainsi, le niveau d'oxygène dans l'atmosphère diminue à mesure que la concentration de dioxyde de carbone augmente.

Les données sur l'Amérique du Nord dans Macrostrat reflètent le travail de milliers de géoscientifiques sur plus d'un siècle. La présente étude ne concerne que l'Amérique du Nord, car il n'existe pas encore de bases de données complètes concernant les 80 pour cent restants de la surface continentale de la Terre.

La cause géologique ultime du stockage accéléré des sédiments qui a favorisé les deux poussées d'oxygène reste trouble. "Il y a beaucoup d'idées pour expliquer les différentes phases de concentration en oxygène, " Husson concède. " Nous soupçonnons que des changements profonds dans le mouvement des plaques tectoniques ou la conduction de la chaleur ou la circulation dans le manteau peuvent être en jeu, mais nous n'avons pas d'explication pour le moment."

Tenant un morceau de schiste ordovicien parsemé de trilobites qui s'est formé il y a environ 450 millions d'années, Peters demande, "Pourquoi y a-t-il de l'oxygène dans l'atmosphère? L'explication du lycée est" la photosynthèse ". Mais nous savons depuis longtemps, remontant jusqu'au géologue du Wisconsin (et président de l'Université du Wisconsin) Thomas Chrowder Chamberlin, que l'accumulation d'oxygène nécessite la formation de roches comme ce schiste noir, qui peut être suffisamment riche en carbone pour brûler réellement. Le carbone organique de ce schiste a été fixé à partir de l'atmosphère par photosynthèse, et son enfouissement et sa préservation dans cette roche ont libéré de l'oxygène moléculaire."

Quoi de neuf dans l'étude actuelle, Husson dit, est la capacité de documenter cette relation dans une large base de données qui couvre 20 pour cent de la surface terrestre de la Terre.

L'enfouissement continu du carbone est nécessaire pour maintenir l'atmosphère gonflée d'oxygène. De nombreux chemins à la surface de la Terre, Husson note, comme l'oxydation du fer - la rouille - consomme de l'oxygène libre. "Le secret pour avoir de l'oxygène dans l'atmosphère est d'éliminer une infime partie de la biomasse actuelle et de la séquestrer dans les dépôts sédimentaires. C'est ce qui s'est passé lorsque les combustibles fossiles ont été déposés."