Il y a plus de 2,4 milliards d'années, L'atmosphère terrestre était inhospitalière, rempli de gaz toxiques qui ont entraîné des températures de surface extrêmement fluctuantes. Comprendre comment le monde actuel des climats doux et de l'air respirable a pris forme est une question fondamentale en sciences de la Terre.

Nouvelle recherche de l'Université du Maryland, l'Université de St. Andrews, Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, l'Université de Leeds et le Blue Marble Space Institute of Science suggèrent qu'il y a longtemps, L'atmosphère terrestre a passé environ un million d'années remplie d'une brume riche en méthane. Cette brume a chassé une grande quantité d'hydrogène de l'atmosphère, ouvrant la voie à des quantités massives d'oxygène pour remplir l'air. Cette transformation a abouti à une atmosphère très semblable à celle qui soutient la vie sur Terre aujourd'hui.

Les résultats du groupe, publié le 13 mars 2017 dans la première édition en ligne du Actes de l'Académie nationale des sciences , proposer une nouvelle cause contributive pour le Grand Événement Oxydation, qui s'est produit il y a 2,4 milliards d'années, lorsque les concentrations d'oxygène dans l'atmosphère terrestre ont augmenté de plus de 10, 000 fois.

"La transformation de l'air terrestre d'un mélange toxique en un air plus accueillant, atmosphère riche en oxygène s'est produite dans un instant géologique, " dit James Farquhar, professeur de géologie à l'UMD et co-auteur de l'étude. Farquhar a également un rendez-vous au Centre interdisciplinaire des sciences du système terrestre de l'UMD. "Avec cette étude, nous avons enfin la première image complète de la façon dont la brume de méthane a rendu cela possible."

Les chercheurs ont utilisé des enregistrements chimiques détaillés et des modèles atmosphériques sophistiqués pour reconstituer la chimie atmosphérique au cours de la période précédant immédiatement le grand événement d'oxydation. Leurs résultats suggèrent que d'anciennes bactéries - la seule vie sur Terre à l'époque - produisaient des quantités massives de méthane qui réagissaient pour remplir l'air d'une épaisse brume, ressemblant à l'atmosphère moderne de la lune Titan de Saturne.

Des études antérieures menées par bon nombre des mêmes chercheurs avaient identifié plusieurs de ces événements de brume au début de l'histoire de la Terre. Mais la présente étude est la première à montrer à quelle vitesse ces événements ont commencé et combien de temps ils ont duré.

"Des niveaux élevés de méthane signifiaient que plus d'hydrogène, le gaz principal empêchant l'accumulation d'oxygène, pourrait s'échapper dans l'espace, ouvrant la voie à une oxygénation globale, " a déclaré Aubrey Zerkle, biogéochimiste à l'Université de St. Andrews et co-auteur de l'étude. "Notre nouvel ensemble de données constitue l'enregistrement de la plus haute résolution de la chimie atmosphérique archéenne jamais produit, et brosse un tableau dramatique des conditions de surface de la Terre avant l'oxygénation de notre planète."

La brume de méthane a persisté pendant environ un million d'années. Après qu'une quantité suffisante d'hydrogène ait quitté l'atmosphère, les bonnes conditions chimiques ont pris le relais et le boom de l'oxygène a démarré, permettant l'évolution de toute vie multicellulaire.

La clé de l'analyse des chercheurs a été la découverte de modèles anormaux d'isotopes de soufre dans les enregistrements géochimiques de cette époque. Les isotopes du soufre sont souvent utilisés comme proxy pour reconstituer les anciennes conditions atmosphériques, mais les enquêtes précédentes sur la période en question n'avaient rien révélé de trop inhabituel.

« Reconstituer l'évolution de la chimie atmosphérique a longtemps été au centre des recherches géochimiques, " dit Gareth Izon, auteur principal de l'étude, qui a contribué à la recherche alors qu'il était chercheur postdoctoral à St. Andrews et est maintenant chercheur postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology. "Nos nouvelles données montrent que la composition chimique de l'atmosphère était dynamique et, au moins dans le prélude du Grand Événement d'Oxydation, hypersensible à la régulation biologique."

Le document de recherche, "La régulation biologique de la chimie atmosphérique en route vers l'oxygénation planétaire, " Gareth Izon, Aubrey Zerkle, Kenneth Williford, James Farquar, Simon Poulton, et Marc Claire, a été publié le 13 mars 2017 dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .