Pendant une grande partie des quatre milliards et demi d'années de la Terre, la planète était stérile et inhospitalière; ce n'est que lorsque le monde a acquis sa couverture d'oxygène que la vie multicellulaire a pu vraiment démarrer. Mais les scientifiques essaient toujours de comprendre exactement comment et pourquoi notre planète a obtenu cette atmosphère magnifiquement oxygénée.

"Si tu penses à ça, c'est le changement le plus important que notre planète a connu au cours de sa vie, et nous ne savons toujours pas exactement comment cela s'est produit, " a déclaré Nicolas Dauphas, le professeur Louis Block de sciences géophysiques à l'Université de Chicago. "Tout progrès que vous pouvez faire pour répondre à cette question est vraiment important."

Dans une nouvelle étude publiée le 23 octobre dans Science , Andy Heard, étudiant diplômé de UChicago, Dauphas et leurs collègues ont utilisé une technique pionnière pour découvrir de nouvelles informations sur le rôle du fer océanique dans la montée de l'atmosphère terrestre. Les découvertes en révèlent plus sur l'histoire de la Terre, et peut même faire la lumière sur la recherche de planètes habitables dans d'autres systèmes stellaires.

Les scientifiques ont minutieusement recréé une chronologie de l'ancienne Terre en analysant des roches très anciennes; la composition chimique de ces roches change en fonction des conditions dans lesquelles elles se sont formées.

"La chose intéressante à ce sujet est qu'avant le grand événement d'oxygénation permanent qui s'est produit il y a 2,4 milliards d'années, vous voyez des preuves dans la chronologie de ces petites bouffées d'oxygène alléchantes, où il semble que la Terre essayait de préparer le terrain pour cette atmosphère, " dit Heard, le premier auteur sur le papier. "Mais les méthodes existantes n'étaient pas assez précises pour extraire les informations dont nous avions besoin."

Tout se résume à un puzzle.

Comme les ingénieurs de ponts et les propriétaires de voitures le savent, s'il y a de l'eau autour, l'oxygène et le fer formeront de la rouille. "Au début, les océans étaient pleins de fer, qui aurait pu engloutir tout l'oxygène libre qui traînait, " Heard dit. Théoriquement, la formation de rouille devrait consommer tout excès d'oxygène, n'en laissant aucun pour former une atmosphère.

Heard et Dauphas voulaient tester un moyen d'expliquer comment l'oxygène avait pu s'accumuler malgré ce problème apparent :ils savaient qu'une partie du fer dans les océans se combinait en fait avec du soufre sortant des volcans pour former de la pyrite (mieux connue sous le nom d'or des fous). Ce processus libère en fait de l'oxygène dans l'atmosphère. La question était de savoir lequel de ces processus "gagnait".

Pour tester cela, Heard a utilisé les installations de pointe du laboratoire Origins de Dauphas pour développer une nouvelle technique rigoureuse permettant de mesurer les variations infimes des isotopes du fer afin de déterminer la route empruntée par le fer. Collaborer avec des experts mondiaux à l'Université d'Édimbourg, il a également dû étoffer une compréhension plus complète du fonctionnement de la voie fer à pyrite. ("Afin de faire du sulfure et d'exécuter ces expériences, vous avez besoin de collègues compréhensifs, parce que vous faites sentir aux laboratoires l'odeur des œufs pourris, " Heard dit.) Ensuite, les scientifiques ont utilisé cette technique pour analyser des roches vieilles de 2,6 à 2,3 milliards d'années d'Australie et d'Afrique du Sud.

Leur analyse a montré que, même dans les océans qui auraient dû cacher beaucoup d'oxygène dans la rouille, certaines conditions auraient pu favoriser la formation de suffisamment de pyrite pour permettre à l'oxygène de s'échapper de l'eau et potentiellement former une atmosphère.

"C'est un problème compliqué avec de nombreuses pièces mobiles, mais nous avons pu en résoudre une partie, " dit Dauphas.

"Les progrès sur un problème aussi énorme sont vraiment précieux pour la communauté, " Heard dit. " Surtout que nous commençons à chercher des exoplanètes, nous devons vraiment comprendre chaque détail sur la façon dont notre propre terre est devenue habitable."

Alors que les télescopes scrutent le ciel à la recherche d'autres planètes et en trouvent des milliers, les scientifiques devront affiner ce qu'ils exploreront davantage pour une vie potentielle. En apprenant davantage sur la façon dont la Terre est devenue habitable, ils peuvent rechercher des preuves de processus similaires sur d'autres planètes.

"La façon dont j'aime y penser est, La Terre avant la montée de l'oxygène est le meilleur laboratoire dont nous disposons pour comprendre les exoplanètes, " a déclaré Heard.