L'oxygène est essentiel au développement d'une vie supérieure. Cependant, il était à peine présent dans les océans de la jeune Terre. Ce n'est qu'avec l'évolution des bactéries photosynthétiques que les océans ont vu une augmentation significative des niveaux d'oxygène. En mesurant la composition isotopique du tungstène, Une équipe de recherche internationale avec la participation de scientifiques de l'Institut de géologie et de minéralogie de l'Université de Cologne a maintenant jeté les bases d'une détermination plus précise de l'évolution des niveaux d'oxygène dans les premiers océans au fil du temps. Prospectivement, ils attendent des informations plus précises sur l'évolution de la vie.

En coopération avec des scientifiques de l'ETH Zurich, les universités de Berne et de Tübingen, et le Leibniz Institute for Baltic Sea Research Warnemünde (IOW), les géologues dirigés par le Dr Florian Kurzweil à l'Université de Cologne ont analysé l'élément chimique tungstène, qui pourrait servir d'élément indicateur pour l'oxygène, dans l'eau de mer d'aujourd'hui. Les résultats ont été publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) sous le titre "Contrôle redox de la composition isotopique du tungstène de l'eau de mer".

Le tungstène n'est présent qu'en très faible quantité dans les océans, rendant difficile la détermination précise de sa concentration. Il est encore plus difficile de déterminer l'abondance des isotopes individuels du tungstène dans l'eau de mer. Les isotopes d'un élément ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents. D'où, il existe des isotopes de tungstène lourds avec de nombreux neutrons et des isotopes de tungstène plus légers avec moins de neutrons. Les méthodes analytiques développées à l'Université de Cologne permettent la mesure la plus précise des abondances relatives d'isotopes du tungstène actuellement disponibles dans le monde.

Dans un bassin de plus de 400 mètres de profondeur dans la mer Baltique, l'équipe de recherche a prélevé divers échantillons d'eau, à la fois dans les eaux de surface riches en oxygène et dans les eaux profondes pauvres en oxygène. Des minéraux oxydés se forment le long de la limite des deux couches d'eau, liant préférentiellement le tungstène léger. Le tungstène restant dans l'eau de mer devient ainsi relativement plus lourd. L'oxygène est nécessaire pour former des minéraux oxydés, ainsi, la concentration en oxygène des océans est finalement en corrélation avec la composition isotopique du tungstène de l'eau de mer.

"L'augmentation des concentrations d'oxygène dans les océans de la Terre primitive aurait dû conduire à une formation accrue des minéraux oxydés, et donc au tungstène marin isotopiquement plus lourd, " a déclaré le chef de l'expédition de recherche le Dr Florian Kurzweil. Les scientifiques veulent maintenant montrer que cette évolution a été préservée dans les sédiments marins. La composition des isotopes de tungstène des sédiments les plus anciens de la Terre pourrait alors retracer l'évolution des niveaux d'oxygène marin au cours de le cours de l'histoire de la Terre comme une empreinte génétique.