Au début de l'histoire de la Terre, il y a plusieurs milliards d'années, seules des traces d'oxygène existaient dans l'atmosphère et les océans. Les organismes à respiration aérienne d'aujourd'hui n'auraient pas pu exister dans ces conditions. Le changement a été causé par des bactéries photosynthétiques, qui a créé de l'oxygène comme sous-produit - en grandes quantités. Des couches rocheuses vieilles de 2,5 milliards d'années sur plusieurs continents ont donné des indications que la première grande augmentation de la proportion d'oxygène dans l'atmosphère a eu lieu à cette époque.

Maintenant, travailler avec des collègues internationaux, Dr Benjamin Eickmann et professeur Ronny Schönberg, Des géochimistes isotopiques de l'Université de Tübingen ont découvert des couches dans le bassin de Pongola en Afrique du Sud qui témoignent de la production d'oxygène par des bactéries il y a 2,97 milliards d'années. Cela fait du bassin le plus ancien foyer connu d'organismes producteurs d'oxygène - connu sous le nom d'oasis d'oxygène. L'étude a été publiée dans le dernier Géosciences de la nature .

Il y a environ trois milliards d'années, les conditions sur Terre étaient pour le moins inhospitalières. L'atmosphère ne contenait que le cent millième de l'oxygène dont elle dispose aujourd'hui. Les océans primitifs ne contenaient presque pas de sulfate; mais ils contenaient de grandes quantités de fer ferreux. Lorsque les bactéries ont commencé à produire de l'oxygène, il pourrait dans un premier temps se lier avec d'autres éléments, mais a commencé à enrichir l'atmosphère lors d'un événement d'émission massive d'oxygène il y a environ 2,5 milliards d'années.

"On le voit dans la disparition des minéraux réduits dans les sédiments des continents. Certaines signatures de soufre qui ne peuvent se former que dans une atmosphère pauvre en oxygène ne sont plus retrouvées, " dit Benjamin Eickmann, l'auteur principal de l'étude. Cet evènement, que l'on pourrait qualifier de pollution environnementale mondiale, est entré dans l'histoire de la Terre comme le Grand Événement d'Oxygénation. Ce fut un désastre pour les premiers types de bactéries qui avaient évolué dans des conditions de faible teneur en oxygène; l'oxygène les a empoisonnés. "Toutefois, après la première grosse hausse, l'atmosphère ne contenait que 0,2 pour cent d'oxygène; aujourd'hui, c'est environ 21 %, " explique Eickmann. Exposé à une atmosphère contenant des quantités croissantes d'oxygène, les continents étaient soumis à une érosion accrue. Cela a conduit à davantage d'oligo-éléments entrant dans les océans. L'amélioration de l'approvisionnement en nutriments a à son tour conduit à plus de formes de vie dans les mers.

Les signatures du soufre comme archives de l'histoire de la Terre

Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont étudié les sédiments vieux de 2,97 milliards d'années déposés dans le bassin de Pongola dans l'actuelle Afrique du Sud. D'après les proportions d'isotopes du soufre (en particulier le de ³⁴ S/ ³² rapport S), dans les sédiments, les chercheurs sont en mesure de conclure que les bactéries utilisaient le sulfate dans les mers primitives comme source d'énergie, en le réduisant chimiquement.

"Le sulfate est une forme de soufre oxydé. Une concentration plus élevée de sulfate dans l'eau indique qu'une quantité suffisante d'oxygène libre doit avoir été présente dans la mer peu profonde du bassin de Pongola, " dit Ronny Schönberg. Cet oxygène libre doit avoir été produit par d'autres, bactéries photosynthétiques. À la fois, une autre signature isotopique du soufre (la ³³ S/ ³² rapport S) dans ces sédiments indique une réduction continue, atmosphère très pauvre en oxygène.

"Cela fait du bassin de Pongola la plus ancienne oasis d'oxygène connue à ce jour. L'oxygène s'accumulait dans l'eau bien avant le grand événement d'oxygénation, Schönberg explique. Quelques centaines de millions d'années plus tard, l'augmentation constante des niveaux d'oxygène a conduit à l'oxydation de l'atmosphère, et c'est ce qui a rendu la vie sur Terre – dans toute sa variété telle que nous la connaissons aujourd'hui – encore possible.