Un échantillon de sel vieux de 2 milliards d'années (halite recristallisée rose-blanche) avec des fragments incrustés de sulfate de calcium provenant d'une carotte de forage géologique en Carélie russe. Crédit :Aivo Lepland, Commission géologique de Norvège; avec l'aimable autorisation de Science/AAAS
Un morceau de sel de mer vieux de 2 milliards d'années fournit de nouvelles preuves de la transformation de l'atmosphère terrestre en un environnement oxygéné capable de soutenir la vie telle que nous la connaissons.
L'étude menée par une équipe internationale d'institutions, dont l'Université de Princeton, a révélé que l'augmentation de l'oxygène qui s'est produite il y a environ 2,3 milliards d'années, connu sous le nom de grand événement d'oxydation, était beaucoup plus important qu'indiqué précédemment.
"Au lieu d'un filet, c'était plus comme une lance à incendie, " a déclaré Clara Blättler, chercheur postdoctoral au Département des géosciences de Princeton et premier auteur de l'étude, qui a été publié en ligne par la revue Science jeudi, 22 mars. "C'était un changement majeur dans la production d'oxygène."
La preuve de la profonde augmentation de l'oxygène provient de roches salines cristallisées extraites d'un trou de 2 km de profondeur dans la région de Carélie, dans le nord-ouest de la Russie. Ces cristaux de sel ont été laissés lorsque l'eau de mer ancienne s'est évaporée, et ils donnent aux géologues des indices sans précédent sur la composition des océans et de l'atmosphère sur Terre il y a plus de 2 milliards d'années.
L'indication clé de l'augmentation de la production d'oxygène est venue de la découverte que les gisements minéraux contenaient une quantité étonnamment grande d'un composant de l'eau de mer connu sous le nom de sulfate, qui a été créé lorsque le soufre a réagi avec l'oxygène.
"C'est la preuve la plus forte jamais connue que l'ancienne eau de mer à partir de laquelle ces minéraux ont précipité avait des concentrations élevées de sulfate atteignant au moins 30 pour cent du sulfate océanique actuel, comme l'indiquent nos estimations, " a déclaré Aivo Lepland, chercheur à la Commission géologique de Norvège, un spécialiste de la géologie à l'Université de Technologie de Tallinn, et auteur principal de l'étude. "Ceci est beaucoup plus élevé qu'on ne le pensait auparavant et nécessitera de repenser considérablement l'ampleur de l'oxygénation du système atmosphère-océan de la Terre, vieux de 2 milliards d'années."
L'oxygène représente environ 20 pour cent de l'air et est essentiel à la vie telle que nous la connaissons. D'après les preuves géologiques, l'oxygène a commencé à apparaître dans l'atmosphère terrestre il y a entre 2,4 et 2,3 milliards d'années.
Échantillon de sel vieux de deux milliards d'années (halite recristallisée rose-blanche) avec des clastes incrustés d'anhydrite-magnésite et de mudstone provenant d'une carotte de forage géologique en Carélie russe. Crédit :Photographie de Pavel Medvedev (Centre de recherche carélien, Russie)
Jusqu'à la nouvelle étude, cependant, les géologues ne savaient pas si cette accumulation d'oxygène, causée par la croissance de cyanobactéries capables de photosynthèse, qui implique l'absorption de dioxyde de carbone et le dégagement d'oxygène - était un événement lent qui a pris des millions d'années ou un événement plus rapide.
"Il a été difficile de tester ces idées car nous n'avions pas de preuves de cette époque pour nous parler de la composition de l'atmosphère, " a déclaré Blattler.
Les cristaux récemment découverts fournissent cette preuve. Les cristaux de sel collectés en Russie ont plus d'un milliard d'années de plus que tous les gisements de sel découverts auparavant. Les gisements contiennent de la halite, qui est appelé sel gemme et est chimiquement identique au sel de table ou au chlorure de sodium, ainsi que d'autres sels de calcium, magnésium et potassium.
Normalement, ces minéraux se dissolvent facilement et seraient emportés avec le temps, mais dans ce cas, ils étaient exceptionnellement bien conservés au plus profond de la Terre. Des géologues de la Commission géologique de Norvège en collaboration avec le Centre de recherche carélien de Petrozavodsk, Russie, récupéré les sels d'un site de forage appelé Onega Parametric Hole (OPH) sur les rives ouest du lac Onega.
Les qualités uniques de l'échantillon les rendent très précieux pour reconstituer l'histoire de ce qui s'est passé après le grand événement d'oxydation, dit John Higgins, professeur assistant de géosciences à Princeton, qui a fourni l'interprétation de l'analyse géochimique avec d'autres co-auteurs.
"C'est une classe assez spéciale de gisements géologiques, " a déclaré Higgins. " Il y a eu beaucoup de débats quant à savoir si le grand événement d'oxydation, qui est lié à l'augmentation et à la diminution de divers signaux chimiques, représente un grand changement dans la production d'oxygène, ou juste un seuil qui a été franchi. En fin de compte, cet article fournit la preuve que l'oxygénation de la Terre au cours de cette période a impliqué une grande production d'oxygène. »
La recherche stimulera le développement de nouveaux modèles pour expliquer ce qui s'est passé après le grand événement d'oxydation pour provoquer l'accumulation d'oxygène dans l'atmosphère, dit Blattler. "Il y a peut-être eu des changements importants dans les cycles de rétroaction sur terre ou dans les océans, ou une forte augmentation de la production d'oxygène par les microbes, mais de toute façon, c'était beaucoup plus dramatique que ce que nous avions compris auparavant."
