Les niveaux d'oxygène de la Terre ont augmenté et diminué plus d'une fois des centaines de millions d'années avant le succès planétaire du Grand événement d'oxydation il y a environ 2,4 milliards d'années, de nouvelles recherches de l'Université de Washington montrent.

La preuve provient d'une nouvelle étude qui indique une seconde « bouffée » d'oxygène beaucoup plus ancienne dans le passé lointain de la Terre - dans l'atmosphère et à la surface d'une vaste étendue d'océan - montrant que l'oxygénation de la Terre était un processus complexe de des tentatives répétées et des échecs sur une longue période de temps.

La découverte peut également avoir des implications dans la recherche de la vie au-delà de la Terre. Les années à venir apporteront de nouveaux télescopes puissants au sol et dans l'espace capables d'analyser l'atmosphère de planètes lointaines. Ce travail pourrait aider à empêcher les astronomes d'exclure indûment les « faux négatifs, " ou des planètes habitées qui peuvent ne pas sembler l'être à première vue en raison de niveaux d'oxygène indétectables.

"La production et la destruction d'oxygène dans l'océan et l'atmosphère au fil du temps était une guerre sans preuve d'un vainqueur clair, jusqu'au Grand Événement d'Oxydation, " a déclaré Matt Koehler, un doctorant de l'UW en sciences de la Terre et de l'espace et auteur principal d'un nouvel article publié la semaine du 9 juillet dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Ces événements d'oxygénation transitoires étaient des batailles dans la guerre, quand la balance penchait plus en faveur de l'oxygénation."

En 2007, co-auteur Roger Buick, professeur de sciences de la Terre et de l'espace à l'UW, faisait partie d'une équipe internationale de scientifiques qui ont trouvé des preuves d'un épisode - une " bouffée " - d'oxygène quelque 50 à 100 millions d'années avant le Grand événement d'oxydation. C'est ce qu'ils ont appris en forant profondément dans la roche sédimentaire du schiste du mont McRae en Australie occidentale et en analysant les échantillons pour les métaux traces molybdène et rhénium, dont l'accumulation dépend de l'oxygène présent dans l'environnement.

Maintenant, une équipe dirigée par Koehler a confirmé une deuxième apparition de l'oxygène dans le passé de la Terre, cette fois environ 150 millions d'années plus tôt - ou il y a environ 2,66 milliards d'années - et durant moins de 50 millions d'années. Pour ce travail, ils ont utilisé deux mandataires différents pour l'oxygène - les isotopes de l'azote et l'élément sélénium - des substances qui, chacun à sa manière, indiquent également la présence d'oxygène.

"Ce que nous avons dans cet article est une autre détection, en haute résolution, d'une bouffée passagère d'oxygène, " a déclaré Koehler. " Les isotopes d'azote racontent une histoire sur l'oxygénation de l'océan de surface, et cette oxygénation s'étend sur des centaines de kilomètres à travers un bassin marin et dure quelque part moins de 50 millions d'années."

L'équipe a analysé des échantillons de forage prélevés par Buick en 2012 sur un autre site du nord-ouest de l'Australie-Occidentale appelé la Formation Jeerinah.

Les chercheurs ont foré deux carottes distantes d'environ 300 kilomètres mais à travers les mêmes roches sédimentaires :une carotte échantillonne des sédiments déposés dans des eaux moins profondes, et les autres échantillons de sédiments d'eaux plus profondes. L'analyse des couches successives dans les roches des années montre, Buick a dit, un changement "par étapes" des isotopes d'azote "puis de nouveau à zéro. Cela ne peut être interprété que comme signifiant qu'il y a de l'oxygène dans l'environnement. C'est vraiment cool et c'est soudain."

Les isotopes de l'azote révèlent l'activité de certains micro-organismes marins qui utilisent l'oxygène pour former du nitrate, et d'autres micro-organismes qui utilisent ce nitrate comme source d'énergie. Les données recueillies à partir des isotopes de l'azote échantillonnent la surface de l'océan, tandis que le sélénium suggère l'oxygène dans l'air de l'ancienne Terre. Koehler a déclaré que l'océan profond était probablement anoxique, ou sans oxygène, à l'époque.

L'équipe a trouvé du sélénium abondant dans le trou peu profond seulement, signifiant qu'il venait de la terre voisine, ne pas atteindre des eaux plus profondes. Le sélénium est contenu dans les minéraux soufrés sur terre; un oxygène atmosphérique plus élevé entraînerait le lessivage de plus de sélénium de la terre par altération oxydative - "la rouille des roches, " Buick a déclaré - et transporté en mer.

"Ce sélénium s'accumule ensuite dans les sédiments océaniques, " a déclaré Koehler. " Ainsi, lorsque nous mesurons un pic d'abondance de sélénium dans les sédiments océaniques, cela pourrait signifier qu'il y a eu une augmentation temporaire de l'oxygène atmosphérique."

La découverte, Buick et Koehler ont dit, a également une pertinence pour détecter la vie sur les exoplanètes, ou ceux au-delà du système solaire.

"L'une des biosignatures atmosphériques les plus fortes serait l'oxygène, mais cette étude confirme que lors de la transition d'une planète vers une oxygénation permanente, ses environnements de surface peuvent être oxiques à des intervalles de quelques millions d'années seulement puis retomber en anoxie, ", a déclaré Buick.

"Donc, si vous ne parvenez pas à détecter l'oxygène dans l'atmosphère d'une planète, cela ne veut pas dire que la planète est inhabitée ou même qu'elle manque de vie photosynthétique. Simplement qu'il n'a pas accumulé suffisamment de sources d'oxygène pour submerger les « puits » pendant plus d'un court intervalle.

"En d'autres termes, le manque d'oxygène peut facilement être un "faux négatif" pour la vie."

Koehler a ajouté:"Vous pourriez regarder une planète et ne pas voir d'oxygène, mais cela pourrait regorger de vie microbienne."