De nouvelles recherches suggèrent fortement que les « événements d'oxygénation » distincts qui ont créé l'atmosphère respirable de la Terre se sont produits spontanément, plutôt que d'être la conséquence de révolutions biologiques ou tectoniques.

L'étude de l'Université de Leeds, publié dans la revue Science , non seulement met en lumière l'histoire de l'oxygène sur notre planète, il donne un nouvel aperçu de la prévalence des mondes oxygénés autres que le nôtre.

La Terre primitive n'avait pas d'oxygène dans son atmosphère ou ses océans jusqu'à il y a environ 2,4 milliards d'années, lorsque le premier des trois événements majeurs d'oxygénation s'est produit. Les raisons de ces augmentations « par étapes » de l'oxygène sur Terre ont fait l'objet d'un débat scientifique en cours.

Dans une nouvelle étude, Les chercheurs de Leeds ont modifié un modèle conceptuel bien établi de biogéochimie marine afin qu'il puisse être appliqué à toute l'histoire de la Terre, et a découvert qu'il produisait à lui seul les trois événements d'oxygénation.

Leurs découvertes suggèrent qu'au-delà des premiers microbes photosynthétiques et de l'initiation de la tectonique des plaques, tous deux établis il y a environ trois milliards d'années, ce n'était qu'une question de temps avant que l'oxygène n'atteigne le niveau nécessaire pour soutenir une vie complexe.

Cette nouvelle théorie augmente considérablement la possibilité que des mondes riches en oxygène existent ailleurs.

L'auteur principal de l'étude Lewis Alcott, chercheur de troisième cycle à la School of Earth and Environment de Leeds, a déclaré:"Cette recherche teste vraiment notre compréhension de la façon dont la Terre est devenue riche en oxygène, et est ainsi devenu capable de soutenir une vie intelligente.

« Sur la base de ce travail, il semble que les planètes oxygénées soient beaucoup plus courantes qu'on ne le pensait auparavant, car ils ne nécessitent pas des avancées biologiques multiples et très improbables, ou des événements fortuits de la tectonique."

Le premier « grand événement d'oxydation » s'est produit au cours de l'ère paléoprotérozoïque, il y a environ 2,4 milliards d'années. Les événements d'oxygénation en gros qui ont suivi se sont produits à l'ère néoprotérozoïque il y a environ 800 millions d'années et enfin à l'ère paléozoïque il y a environ 450 millions d'années, lorsque l'oxygène atmosphérique a atteint les niveaux actuels.

Les grands animaux ayant des besoins énergétiques élevés nécessitent des niveaux élevés d'oxygène, et évolué peu après la dernière de ces étapes, évoluant finalement en dinosaures et en mammifères.

Actuellement, les deux théories dominantes suggèrent que les moteurs de ces événements d'oxygénation étaient soit des étapes majeures dans les révolutions biologiques - où l'évolution de formes de vie de plus en plus complexes essentiellement une oxygénation "bio-ingénierie" à des niveaux plus élevés - ou des révolutions tectoniques - où l'oxygène a augmenté en raison de changements dans le style de volcanisme ou constitution de la croûte.

La nouvelle étude met plutôt en évidence un ensemble de rétroactions qui existent entre le phosphore global, cycles du carbone et de l'oxygène, qui sont capables de provoquer des changements rapides dans les niveaux d'oxygène océanique et atmosphérique sans nécessiter de changement «par étape» de la tectonique ou de la biologie.

Co-auteur de l'étude, le professeur Simon Poulton, également de l'École de la Terre et de l'Environnement de Leeds a déclaré :« Notre modèle suggère que l'oxygénation de la Terre à un niveau pouvant soutenir une vie complexe était inévitable, une fois que les microbes qui produisent l'oxygène avaient évolué."

Leur modèle « système Terre » des rétroactions reproduit le modèle d'oxygénation en trois étapes observé lorsqu'il est uniquement motivé par un passage progressif des conditions de surface réductrices à oxydantes au fil du temps. Les transitions sont déterminées par la façon dont le cycle du phosphore marin réagit aux changements des niveaux d'oxygène, et comment cela impacte la photosynthèse, qui nécessite du phosphore.

Auteur principal Dr Benjamin Mills, qui dirige le groupe de modélisation biogéochimique à Leeds, a déclaré:"Le modèle démontre qu'une oxygénation progressive de la surface de la Terre au fil du temps devrait entraîner des événements d'oxygénation distincts dans l'atmosphère et les océans, comparables à celles observées dans les archives géologiques.

« Nos travaux montrent que la relation entre le phosphore global, les cycles du carbone et de l'oxygène sont fondamentaux pour comprendre l'histoire de l'oxygénation de la Terre. Cela pourrait nous aider à mieux comprendre comment une planète autre que la nôtre peut devenir habitable."

L'article "L'oxygénation par étapes de la Terre est une propriété inhérente au cycle biogéochimique mondial" est publié en ligne dans Science le 10 décembre 2019.