Ces monticules géants de stromatolites fossiles datant d'environ 2,5 milliards d'années sont situés en Afrique du Sud. Pour l'échelle, remarquez les jambes pendantes d'une personne en haut au centre. Ces minéraux en couches ont été déposés sur un ancien littoral par des communautés de microbes, y compris les bactéries photosynthétiques qui génèrent de l'oxygène. La nouvelle étude suggère que pendant des millions d'années, l'oxygène produit par ces microbes a réagi avec les gaz volcaniques avant de commencer à s'accumuler dans l'atmosphère terrestre, il y a environ 2,4 milliards d'années. Crédit :David Catling/Université de Washington
L'oxygène s'est accumulé pour la première fois dans l'atmosphère terrestre il y a environ 2,4 milliards d'années, pendant le grand événement d'oxydation. Une énigme de longue date est que des indices géologiques suggèrent que les premières bactéries faisaient de la photosynthèse et pompaient de l'oxygène des centaines de millions d'années auparavant. Où tout cela allait-il ?
Quelque chose retenait l'augmentation de l'oxygène. Une nouvelle interprétation de roches vieilles de milliards d'années révèle que les gaz volcaniques sont probablement les coupables. L'étude menée par l'Université de Washington a été publiée en juin dans la revue en libre accès Communication Nature .
"Cette étude renoue avec une hypothèse classique de l'évolution de l'oxygène atmosphérique, " a déclaré l'auteur principal Shintaro Kadoya, un chercheur postdoctoral de l'UW en sciences de la Terre et de l'espace. "Les données démontrent qu'une évolution du manteau de la Terre pourrait contrôler une évolution de l'atmosphère de la Terre, et peut-être une évolution de la vie."
La vie multicellulaire a besoin d'un apport concentré d'oxygène, L'accumulation d'oxygène est donc la clé de l'évolution de la vie respiratrice d'oxygène sur Terre.
« Si des changements dans le manteau contrôlaient l'oxygène atmosphérique, comme le suggère cette étude, le manteau pourrait finalement fixer un tempo de l'évolution de la vie, " dit Kadoya.
Le nouveau travail s'appuie sur un article de 2019 qui a révélé que le manteau de la Terre primitive était beaucoup moins oxydé, ou contenait plus de substances pouvant réagir avec l'oxygène, que le manteau moderne. Cette étude des anciennes roches volcaniques, jusqu'à 3,55 milliards d'années, ont été recueillies sur des sites comprenant l'Afrique du Sud et le Canada.
Robert Nicklas à la Scripps Institution of Oceanography, Igor Puchtel à l'Université du Maryland, et Ariel Anbar de l'Arizona State University figurent parmi les auteurs de l'étude de 2019. Ils sont également co-auteurs du nouvel article, en regardant comment les changements dans le manteau ont influencé les gaz volcaniques qui se sont échappés à la surface.
Une ancienne lave komatiite de la vallée de Komati en Afrique du Sud. Remarquez l'outil à droite pour l'échelle. Les co-auteurs ont utilisé ces types de laves il y a plus de 3 milliards d'années pour apprendre comment la chimie du manteau a changé. Crédit :CSIRO/Wikipédia
L'éon archéen, quand seule la vie microbienne était répandue sur Terre, était plus volcaniquement actif qu'aujourd'hui. Les éruptions volcaniques sont alimentées par du magma - un mélange de roche en fusion et semi-fondue - ainsi que des gaz qui s'échappent même lorsque le volcan n'est pas en éruption.
Certains de ces gaz réagissent avec l'oxygène, ou s'oxyder, pour former d'autres composés. Cela se produit parce que l'oxygène a tendance à être avide d'électrons, donc tout atome avec un ou deux électrons lâchement tenus réagit avec lui. Par exemple, l'hydrogène libéré par un volcan se combine avec tout oxygène libre, éliminer cet oxygène de l'atmosphère.
La composition chimique du manteau terrestre, ou couche de roche plus molle sous la croûte terrestre, contrôle en fin de compte les types de roches en fusion et de gaz provenant des volcans. Un manteau précoce moins oxydé produirait plus de gaz comme l'hydrogène qui se combinent avec l'oxygène libre. L'article de 2019 montre que le manteau s'est progressivement oxydé d'il y a 3,5 milliards d'années à aujourd'hui.
La nouvelle étude combine ces données avec des preuves d'anciennes roches sédimentaires pour montrer un point de basculement après 2,5 milliards d'années, lorsque l'oxygène produit par les microbes a surmonté sa perte dans les gaz volcaniques et a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère.
"Essentiellement, l'apport de gaz volcaniques oxydables était capable d'engloutir de l'oxygène photosynthétique pendant des centaines de millions d'années après l'évolution de la photosynthèse, " a déclaré le co-auteur David Catling, un professeur UW des sciences de la Terre et de l'espace. "Mais comme le manteau lui-même est devenu plus oxydé, moins de gaz volcaniques oxydables ont été libérés. Puis l'oxygène a inondé l'air lorsqu'il n'y avait plus assez de gaz volcanique pour tout nettoyer. »
Cela a des implications pour comprendre l'émergence d'une vie complexe sur Terre et la possibilité de vie sur d'autres planètes.
"L'étude indique que nous ne pouvons pas exclure le manteau d'une planète lorsque l'on considère l'évolution de la surface et de la vie de la planète, " dit Kadoya.
