Une nouvelle recherche menée par l'Université de St Andrews permet de répondre à l'une des questions les plus posées en géoscience, quand la Terre a-t-elle commencé à devenir habitable pour une vie complexe ?

La recherche, dirigé par l'École des sciences de la Terre et de l'environnement, et publié dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) aborde aujourd'hui ce problème en définissant ce qui est arrivé en premier, le grand événement d'oxydation (GOE) ou la période de boule de neige paléoprotérozoïque de la Terre. Le calendrier relatif de ces événements mondiaux est essentiel pour comprendre les changements dans la composition atmosphérique et les conditions climatiques, et comment les premiers signes de vie sur Terre ont commencé.

Au début de l'histoire de la Terre, l'atmosphère manquait d'oxygène et, en tant que telle, aurait été hostile à une grande partie de la vie qui couvre la planète aujourd'hui. Depuis plus d'un demi-siècle, les géoscientifiques ont essayé de déterminer exactement quand les niveaux d'oxygène atmosphérique ont commencé à augmenter, permettant ainsi à la Terre de devenir plus habitable pour les complexes, vie multicellulaire. Le consensus scientifique a été que la première augmentation notable de l'oxygène s'est produite pendant le grand événement d'oxydation (GOE), il y a entre 2,4 et 2,3 milliards d'années.

Associé à ce GOE, roches du Canada, Afrique du Sud, La Russie et ailleurs montrent qu'une glaciation mondiale majeure a eu lieu. Les preuves géologiques suggèrent que les calottes glaciaires se sont étendues aux tropiques lors de ce que l'on a appelé un événement de « boule de neige sur la Terre ». Ce qui est resté incertain cependant, c'est le moment relatif de ces événements.

L'équipe de chercheurs s'est concentrée sur la définition du timing du GOE en examinant un ensemble de carottes de forage du nord-ouest de la Russie (Fennoscandie), recueillies dans le cadre du programme international de forage FAR-DEEP. Les scientifiques ont étudié deux formations rocheuses, la formation sédimentaire de Seidorechka plus ancienne et la formation sédimentaire de Polisarka plus jeune.

L'équipe a effectué une analyse des isotopes du soufre pour déterminer quelle était probablement la teneur en oxygène de l'atmosphère au moment où chaque succession de roches a été déposée. Cela a nécessité le développement d'une nouvelle technique analytique capable d'analyser, avec une grande précision, les quatre isotopes stables du soufre. Par conséquent, l'Université de St Andrews possède désormais le seul laboratoire au Royaume-Uni avec cette capacité et seulement le deuxième laboratoire au monde à développer cette méthode particulière.

Les changements dans les quantités relatives de chaque isotope de soufre dans les échantillons ont permis à l'équipe d'identifier si les isotopes de soufre dans ces roches suivent un rapport prévisible, fractionnement massique ou MDF, ou s'ils ne parviennent pas à suivre un ratio prévisible, indiquant un fractionnement indépendant de la masse ou MIF. Il n'est possible de produire et de conserver le soufre MIF que dans une atmosphère dépourvue d'oxygène significatif; lorsque les niveaux d'oxygène augmentent, le MDF au soufre prend le relais. Par conséquent, un marqueur commun pour le GOE est cette transition de MIF à MDF dans le disque rock.

L'analyse a révélé que la formation sédimentaire de Seidorechka plus ancienne préserve le MIF de soufre, mais que la formation sédimentaire de Polisarka plus jeune préserve les conditions de MDF de soufre. Cela signifie que le GOE s'est produit entre le dépôt de ces deux successions rocheuses. En utilisant les contraintes d'âge précédemment publiées, les chercheurs ont conclu que le GOE doit avoir eu lieu il y a entre 2,50 et 2,43 milliards d'années. Il s'agit d'un âge plus avancé pour le GOE qui était auparavant supposé avoir eu lieu il y a 2,48 à 2,39 milliards d'années et contraint un plus étroit, intervalle de temps d'environ 70 millions d'années au cours duquel il aurait pu se produire.

Scientifique principal, Dr Matthew Warke, de l'École des sciences de la terre et de l'environnement, a déclaré:"Nos recherches nous permettent de dire avec certitude que le GOE a précédé la première glaciation de la Terre en boule de neige de l'histoire, car cette dernière aurait eu lieu il y a environ 2,42 milliards d'années. Cela soulève la possibilité que l'augmentation de l'oxygène dans l'atmosphère terrestre pendant le GOE a peut-être déclenché l'une des glaciations les plus sévères que la planète ait jamais connues.

"Un mécanisme possible par lequel cela a pu se produire, qui est cohérent avec nos résultats et notre réflexion actuelle, est que la hausse des niveaux d'oxygène dans l'atmosphère peut avoir considérablement déstabilisé une serre dominée par le méthane, provoquant une chute rapide des températures de surface. D'autres mécanismes peuvent avoir fonctionné, mais surtout, nos résultats excluent tout mécanisme invoquant que la glaciation boule de neige s'est produite avant le GOE, résoudre l'un des problèmes de « poulet ou d'œuf » les plus anciens de l'histoire de la Terre. »