Les scientifiques ont longtemps pensé que l'oxygène est apparu dans la basse atmosphère de la Terre il y a 2,7 milliards d'années, rendre possible la vie telle que nous la connaissons. Un chercheur de l'Université Rice a ajouté des preuves à l'appui de ce chiffre.

Le record de soufre détenu par la roche ancienne marque le changement dramatique dans l'atmosphère de la planète qui a donné naissance à une vie complexe, mais les roches sont des indicateurs locaux. Pour la grande image, Le biogéochimiste du riz Mark Torres a utilisé l'eau qui s'écoule et érode les roches comme indicateur.

Torres, un professeur adjoint Rice de la Terre, sciences de l'environnement et de la planète, et ses collègues rapportent dans Géosciences de la nature que le bilan des anomalies isotopiques du soufre dans la roche archéenne, un marqueur du « grand événement d'oxygénation, " peut aussi être reconnu et mesuré dans les rivières qui l'érodent.

Les chercheurs ont échantillonné l'eau de deux des rares endroits sur Terre où la roche archéenne est exposée en abondance :au craton supérieur au Canada et en Afrique du Sud. Ils ont déterminé que même si des échantillons individuels de roche peuvent encore montrer un déséquilibre (les anomalies) des isotopes du soufre, une analyse minutieuse de l'eau qui diffuse et transporte le soufre de milliers de kilomètres de roche jusqu'à l'océan montre que le contenu est finalement en alignement avec la signature de soufre de la Terre.

"Les changements dans la chimie peuvent vous dire quelque chose sur l'environnement, et les roches peuvent vous dire s'il y avait de l'oxygène à un moment donné, " dit Torres. " Au début de notre histoire, les anomalies isotopiques du soufre sont partout. Puis, il y a environ 2,7 milliards d'années, ils disparaissent et ils ne reviennent jamais."

Le soufre est un marqueur car quatre isotopes stables, connus par leurs masses moléculaires de 32, 33, 34 et 36, peut montrer des comportements différents lorsqu'il est présent dans l'atmosphère. "La plupart du soufre est de masse 32, mais il y a de petites quantités des autres masses, " dit Torres.

La lumière ultraviolette du soleil a réagi avec le gaz sulfureux et l'a divisé en composés séparés avec des isotopes plus lourds et plus légers. Finalement, ces composés se sont enfoncés et restent dans la roche qui s'est formée à l'époque.

"Mais il y a cette chose étrange :les roches vraiment anciennes contiennent plus de 33 soufre que ce à quoi on pourrait s'attendre, en fonction des masses relatives, " Dit Torres. "Parce que 33 est un plus lourd que 32, nous devrions pouvoir facilement prédire leurs abondances relatives en utilisant la chimie physique. Mais, nous trouvons que 33 est beaucoup plus abondant que prévu. C'est pourquoi nous appelons cela une anomalie."

Quand l'oxygène est apparu, il absorbe la lumière ultraviolette et éteint la réaction du soufre, comme on le voit dans la roche. C'est bien beau tout ça, Torres a dit, mais la théorie ne tient pas compte du soufre anormal qui a continué à s'infiltrer de la roche archéenne dans les eaux de surface, être transporté vers l'océan, puis se condenser en une nouvelle roche qui aurait également l'anomalie.

"Ce recyclage de roches anciennes était un moyen de perpétuer l'anomalie même après l'apparition de l'oxygène, ", a-t-il déclaré. Les chercheurs soupçonnaient que la persistance de l'anomalie pourrait brouiller la compréhension du moment de l'augmentation de l'oxygène jusqu'à 100 millions d'années.

Ce n'est pas le cas, ils ont découvert, mais ce n'était pas facile. L'équipe comprenait des chercheurs du California Institute of Technology et du Center for Petrographic and Geochemical Research de Nancy, La France. Les membres ont collecté des dizaines d'échantillons sur les sites canadiens pour accompagner les échantillons sud-africains qu'ils avaient déjà et ont vérifié leur signature de soufre après avoir éliminé les effets des contaminants des pluies acides sulfureuses, le sel de voirie qui fait fondre la glace et la poussière provenant des exploitations minières locales. Mais leurs calculs finaux ont montré un bilan robuste en 33-soufre collecté par le ruissellement des rivières sur une vaste zone.

"Notre effort nous permet d'être confiants que nous avons le timing pour ce grand événement d'oxydation, donc maintenant nous pouvons commencer à comprendre les mécanismes, " dit Torres. " Si vous pensez à toute l'étendue de l'histoire de la Terre, 100 millions d'années c'est petit, mais sur la chronologie évolutive des organismes, Cela compte."