Une anomalie du cycle du carbone découverte dans les roches carbonatées de la formation néoprotérozoïque de Hüttenberg au nord-est de la Namibie suit un schéma similaire à celui trouvé juste après le grand événement d'oxygénation, faisant allusion à de nouvelles preuves de la façon dont l'atmosphère terrestre est devenue complètement oxygénée.

En utilisant la formation de Hüttenberg, qui s'est formé il y a entre un milliard et un demi-milliard d'années, étudier le temps entre le passage de la Terre d'un environnement anoxique (c'est-à-dire dépourvu d'oxygène) à un environnement plus hospitalier qui annonce le règne animal, une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Huan Cui de l'Institut d'astrobiologie de la NASA à l'Université du Wisconsin-Madison a découvert un haut niveau de carbone. Cet afflux de carbone, couplé avec des changements dans d'autres éléments, indique comment l'évolution des niveaux d'oxygène océanique a pu aider à l'évolution précoce des animaux.

L'étude, publié dans la revue Precambrian Research, apparié un nouvel oxygène, soufre, et les données isotopiques du strontium, avec les données isotopiques du carbone publiées en 2009, obtenus à partir d'échantillons de carottes de forage de la Formation de Hüttenberg. Ensemble, les données fournissent une preuve supplémentaire que l'oxygène de la Terre a augmenté progressivement, au lieu d'être contraint à deux événements majeurs coiffant le Protérozoïque (une époque géologique qui a duré entre 2,5 milliards et 541 millions d'années). Le modèle résultant de l'évolution des réactions redox (c'est-à-dire des réactions impliquant l'oxygénation et la réduction via l'échange d'électrons) a été nommé l'anomalie de Hüttenberg, après la formation rocheuse dans laquelle il a été trouvé.

Le Dr Alan J. Kaufman de l'Université du Maryland, qui est le deuxième auteur de l'étude et l'auteur principal de l'étude sur les isotopes du carbone de 2009, dit que les données appariées "suggèrent que l'augmentation de l'oxygène était oscillatoire tout au long de cet intervalle de 50 à 75 millions d'années associé à l'anomalie de Hüttenberg et à l'événement d'oxydation néoprotérozoïque ou NOE à la fin du protérozoïque".

L'anomalie montre comment les rapports isotopiques du carbone ( ¹³ C/ ¹² C) a connu une augmentation soutenue de l'abondance de 12 à 14 parties par millier pendant environ 15 millions d'années avant de revenir aux faibles niveaux antérieurs. À mesure que les niveaux d'oxygène dans l'océan augmentaient, les sulfures ont été convertis en sulfates, que certains microbes utilisent dans leur métabolisme pour digérer et recycler le carbone organique sur le fond marin. Les isotopes de l'oxygène, carbone, et le soufre se sont déplacés en tandem pendant l'anomalie de Hüttenberg, convaincre les scientifiques que ce qu'ils voyaient n'était pas qu'une coïncidence.

Des fluctuations sauvages

Bien qu'il soit admis depuis longtemps que des niveaux élevés d'oxygène atmosphérique ont ouvert la voie à la population animale de la Terre, les cycles mondiaux du carbone et de l'oxygène ont énormément fluctué au cours du Protérozoïque, entre le moment où l'oxygène s'est accumulé pour la première fois dans l'atmosphère lors du grand événement d'oxygénation (GOE) il y a environ 2,4 milliards d'années, et le temps pendant lequel ils se sont stabilisés près des niveaux modernes une fois que les animaux ont pris la scène mondiale après le NOE, il y a environ 500 millions d'années.

Entre ces deux événements, On pense que les impulsions de la vie unicellulaire et les niveaux variables d'oxygène dans les océans ont stimulé l'évolution d'une vie plus complexe. Ces anciennes fluctuations de l'oxygène ont été cruciales pour l'évolution de la vie multicellulaire à la limite Précambrien-Cambrien (il y a 541 millions d'années; le Cambrien est une période géologique qui a marqué l'origine et la diversification de la vie animale complexe sur Terre). Alors que des flaques d'eau oxygénée grandissaient dans l'océan, la vie a eu la possibilité de se développer vers un avenir où l'oxygène serait à des niveaux stables et élevés. L'anomalie de Hüttenberg représente une telle fenêtre d'opportunité pour la vie.

Kaufman compare le saut d'oxygène à une autre oasis d'oxygène dans le temps, l'événement Lomagundi juste après le GOE. L'événement de Lomagundi a été décrit comme un faux départ, lorsque les concentrations d'oxygène ont atteint des niveaux qui pourraient soutenir une certaine vie, avant de diminuer à nouveau. Ce ne serait pas avant le NOE que l'oxygène atteindrait les niveaux modernes.

"Voici une anomalie isotopique dans le Néoprotérozoïque qui est largement associée dans le temps au NOE, mais qui a une structure ascendante et descendante qui ressemble beaucoup au GOE, " Kaufman a déclaré à Astrobiology Magazine. " Aux deux extrémités de l'Eon protérozoïque, il y avait un rifting continental, glaciations, et de profondes fluctuations du carbone; tout comme le GOE était probablement responsable de l'évolution des eucaryotes simples, le NOE a été impliqué dans l'évolution de la multicellularité."

Alors le GOE a introduit les eucaryotes, qui sont des microbes avec des cellules contenant un noyau enveloppé d'une membrane, et le NOE a inauguré des animaux encore plus complexes. Ces événements exceptionnels de l'histoire de la Terre abritaient chacun un bassin d'essai évolutif qui a favorisé de nouvelles formes de vie. Comment exactement l'Anomalie de Hüttenberg s'intègre dans ces événements ou exactement quelle conséquence évolutive elle a eue reste à voir.

Habitabilité temporaire

Pendant la période entre le GOE et le NOE, des poches ou des bulles d'habitabilité sur une planète en grande partie inhabitable apparaîtraient, mais ces échos sur le radar étaient réversibles. Le déplacement des calottes glaciaires ou l'absence d'érosion diminueraient des éléments tels que l'azote et le phosphore nécessaires à la photosynthèse de la vie, faisant disparaître les signatures d'oxygène et de carbone. Le point de basculement apparaîtrait dans la période cambrienne, lorsque la planète était constamment oxygénée.

Nous constatons aujourd'hui des effets similaires d'anomalies; dans notre atmosphère majoritairement bien oxygénée, il existe encore des environnements appauvris en oxygène où la vie a du mal à persister ou emprunte une voie évolutive alternative :les mers intérieures, grottes souterraines et zones mortes océaniques où persistent les respirateurs de sulfate ou de nitrate tandis que le reste du monde respire de l'oxygène.

"Il existe encore des environnements anoxiques sur la Terre moderne, " Huan Cui, premier auteur de l'article, dit. "Si vous allez à la mer Noire, vous pouvez toujours trouver des environnements anoxiques locaux dans l'océan moderne."

Dans cette étude, l'anomalie était l'oxygène. Aujourd'hui, l'anomalie est un manque d'oxygène.

Alors que les roches dans d'autres régions de la Namibie ont été bien étudiées, les strates rocheuses contenant l'anomalie de Hüttenberg ont été érodées dans de nombreuses sections, laissant la pièce de données cruciale manquante pendant des décennies.

Jeter un autre regard

Dr Paul Myrow, un professeur de géologie au Colorado College qui n'a pas participé à l'étude, dit qu'étant donné les contraintes de temps fournies par cette étude, davantage de chercheurs vont maintenant examiner de plus près d'autres formations rocheuses anciennes et réexaminer si cette anomalie existe ailleurs sur la planète.

Analyser si l'augmentation de l'oxygène a été limitée ou généralisée dans tout l'océan ancien ou sur différents continents anciens est quelque chose que chaque étude isotopique doit prendre en compte.

"L'un des moyens d'obtenir cette réponse est de voir si le signal de l'anomalie de Hüttenberg peut être adapté à des endroits du monde entier, " Myrow, qui étudie également les conditions océaniques précambriennes, dit. "S'il y a ce changement qui a eu lieu sur différents continents en même temps, alors nous pourrons être plus confiants sur le fait que cela soit mondial."

A l'heure où la chimie océanique de la planète, les plaques tectoniques et les habitants étaient dans un tel état de déséquilibre, l'atmosphère instable et pauvre en oxygène de la Terre pourrait être considérée comme extrêmement dangereuse selon les normes actuelles. Alors que la Terre changeait, sa maladresse adolescente se manifestait par une odeur nauséabonde, fosses sulfuriques, situations de vie poilues, changements d'humeur dans ses logements, et l'irrévérence envers ses cohabitants. L'Anomalie de Hüttenberg est un petit pas vers la Terre en aérant son linge sale, nettoyer et devenir présentable pour les formes de vie qui ont évolué plus tard.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du magazine Astrobiology de la NASA. Explorez la Terre et au-delà sur www.astrobio.net .