Shungite, une roche sédimentaire riche en carbone unique de Russie déposée il y a 2 milliards d'années, détient des indices sur les concentrations d'oxygène à la surface de la Terre à cette époque. Dirigé par le professeur Kurt Konhauser à l'Université de l'Alberta et le professeur Kalle Kirsimäe à l'Université de Tartu, une équipe de recherche internationale impliquant d'autres collègues français, Norvège, Russie, et États-Unis, ont trouvé un taux de molybdène étonnamment élevé, uranium, et les concentrations de rhénium, ainsi que des rapports isotopiques d'uranium élevés dans les carottes de forage qui disséquent les roches de shungite. On pense que ces métaux traces ne sont courants dans les océans et les sédiments de la Terre que lorsqu'il y a de l'oxygène abondant autour. Les chercheurs ont découvert que de telles concentrations de métaux traces sont inégalées dans l'histoire de la Terre primitive, suggérant des niveaux élevés d'oxygène au moment où la shungite a été déposée.

"Ce qui est déroutant, c'est que les modèles largement acceptés des cycles du carbone et de l'oxygène de la Terre prédisent que la shungite aurait dû être déposée à un moment de diminution rapide des niveaux d'oxygène, " dit Mänd, un doctorat candidat à l'Université de l'Alberta et auteur principal de l'étude.

La plupart des scientifiques s'accordent à dire que les niveaux d'oxygène dans l'atmosphère ont considérablement augmenté il y a environ 2,4 milliards d'années - connu sous le nom de Grand événement d'oxydation (GOE) - et ont atteint environ la moitié des niveaux modernes d'environ 2,1 milliards d'années. Le GOE s'est également accompagné d'un changement des rapports isotopiques du carbone dans les roches sédimentaires. Aux scientifiques, cela correspond à l'histoire - les rapports isotopiques anormaux du carbone reflètent l'enfouissement de quantités massives de plancton sous forme de matière organique dans les sédiments océaniques, ce qui à son tour conduit à la génération d'un excès d'oxygène. Mais la compréhension qui prévaut est qu'immédiatement après cette période de fortes concentrations, les niveaux d'oxygène ont de nouveau diminué et sont restés bas pendant près d'un milliard d'années pendant le soi-disant «âge moyen» de la Terre.

« Des carottes de forage fraîches que nous avons obtenues de la région du lac Onega avec le soutien de l'Université de Tartu et de l'Université de technologie de Tallinn fournissent certaines des meilleures archives de roches pour déchiffrer les conditions environnementales immédiatement après le GOE, " dit Kirsimäe, coordinateur des travaux géologiques de terrain.

"Ce que nous avons trouvé contredit l'opinion dominante - essentiellement, nous avons des preuves claires que les niveaux d'oxygène atmosphérique ont encore augmenté après la fin de l'anomalie isotopique du carbone, ", dit Mänd. "Cela forcera la communauté des sciences de la Terre à repenser ce qui a conduit les cycles du carbone et de l'oxygène sur la Terre primitive."

Ces nouvelles découvertes sont également cruciales pour comprendre l'évolution de la vie complexe. Le « moyen âge » de la Terre représente la toile de fond de l'apparition des eucaryotes. Eucaryotes, les précurseurs de toute vie complexe, y compris des animaux comme nous, nécessitent généralement des niveaux élevés d'oxygène dans leur environnement pour prospérer. Ce travail renforce maintenant la suggestion que les conditions propices à l'évolution de la vie complexe sur la Terre primitive existaient depuis bien plus longtemps qu'on ne le pensait auparavant. En tant que tel, les résultats soutiennent indirectement des études antérieures où le professeur Konhauser a été impliqué qui ont révélé de grandes, traces fossiles potentiellement eucaryotes vieilles de 2,1 milliards d'années.

Malgré ces nouvelles avancées, le délai entre la montée initiale de l'oxygène et l'apparition et le rayonnement des eucaryotes, reste un domaine de recherche active; une question à laquelle les chercheurs de l'Université de Tartu et de l'Université de l'Alberta sont bien placés pour aider à répondre.