Il y a des centaines de millions d'années, au milieu de ce qui allait devenir le territoire canadien du Yukon, un océan tourbillonnant de trilobites blindés, brachiopodes ressemblant à des palourdes et doux, créatures spongieuses semblables à des limaces et des calmars.

Une mine de fossiles et de couches rocheuses formées sur cet ancien fond océanique a maintenant été déterrée par une équipe internationale de scientifiques le long des rives de la rivière Peel à quelques centaines de kilomètres au sud de la mer de Beaufort de l'Arctique. La découverte révèle des changements d'oxygène au fond de la mer sur près de 120 millions d'années du début de l'ère paléozoïque, une époque qui a favorisé le développement et la diversification les plus rapides des complexes, la vie multicellulaire dans l'histoire de la Terre.

"C'est du jamais vu d'avoir autant de l'histoire de la Terre en un seul endroit, " a déclaré Erik Sperling, géologue de l'Université de Stanford, auteur principal d'une étude du 7 juillet détaillant les conclusions de l'équipe en Avancées scientifiques . La plupart des formations rocheuses de l'ère paléozoïque ont été brisées par des forces tectoniques ou érodées au fil du temps. "Il n'y a nulle part ailleurs dans le monde que je connaisse où vous pouvez étudier un aussi long enregistrement de l'histoire de la Terre, où il n'y a pratiquement aucun changement dans des choses comme la profondeur de l'eau ou le type de bassin."

L'oxygène était rare dans les eaux profondes de cet océan et d'autres à l'aube du Paléozoïque, il y a environ 541 millions d'années. Il est resté rare jusqu'au Dévonien, il y a environ 405 millions d'années, lorsque, en un clin d'œil géologique – pas plus de quelques millions d'années – l'oxygène a probablement atteint des niveaux proches de ceux des océans modernes et la diversité de la vie sur Terre a explosé. Gros, des poissons prédateurs sont apparus. Les fougères et les conifères primitifs ont traversé des continents auparavant gouvernés par des bactéries et des algues. Les libellules ont pris leur envol. Et tout cela après près de quatre milliards d'années de paysages terrestres pratiquement stériles.

Les scientifiques ont longtemps débattu de ce qui pourrait avoir causé le passage dramatique d'un monde à faible teneur en oxygène à un monde plus oxygéné qui pourrait soutenir un réseau diversifié de vie animale. Mais jusqu'à maintenant, il a été difficile de cerner le timing de l'oxygénation globale ou le long terme, l'état de fond des océans et de l'atmosphère du monde à l'époque qui a été témoin à la fois de la soi-disant explosion de vie cambrienne et de la première des « cinq grandes » extinctions de masse de la Terre, il y a environ 445 millions d'années à la fin de l'Ordovicien.

« Afin de faire des comparaisons tout au long de ces vastes pans de notre histoire et de comprendre les tendances à long terme, vous avez besoin d'un enregistrement continu, " dit Sperling, professeur adjoint de sciences géologiques à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth).

Contexte de la vie antérieure

Avec la permission des communautés Na Cho Nyak Dun et Tetlit Gwitch'in au Yukon, L'équipe de Sperling, qui comprenait des chercheurs du Dartmouth College et de la Commission géologique du Yukon, a passé trois étés au site de la rivière Peel. Arrivée en hélicoptère, l'équipe de recherche a piraté les broussailles avec des machettes à côté des rapides de classe VI pour collecter des centaines d'échantillons de roche de la taille d'un poing sur plus d'un mile de couches de schiste intercalées, chert et mudstone de chaux.

De retour au labo de Sperling à Stanford, une petite armée d'étudiants d'été de premier cycle et d'étudiants diplômés a travaillé pendant cinq étés pour aider à analyser les fossiles et les produits chimiques enfouis dans les roches. "Nous avons passé beaucoup de temps à fendre des roches ouvertes et à regarder des fossiles de graptolite, " a déclaré Sperling. Parce que les graptolites ont développé une vaste gamme de formes corporelles reconnaissables relativement rapidement, les marques en forme de crayon laissées par les fossiles de ces créatures marines vivant en colonie donnent aux géologues un moyen de dater les roches dans lesquelles elles se trouvent.

Une fois que les chercheurs ont fini d'identifier et de dater les fossiles de graptolite, ils broient les roches dans un moulin, puis mesuré le fer, carbone, phosphore et d'autres éléments dans la poudre résultante pour évaluer les conditions océaniques au moment et à l'endroit où les couches se sont formées. Ils ont analysé 837 nouveaux échantillons du site de la rivière Peel, ainsi que 106 nouveaux échantillons d'autres régions du Canada et 178 échantillons du monde entier à des fins de comparaison.

Gagnants et perdants

Les données montrent de faibles niveaux d'oxygène, ou l'anoxie, a probablement persisté dans les océans du monde pendant des millions d'années de plus qu'on ne le pensait auparavant - bien au Phanérozoïque, lorsque les plantes terrestres et les premiers animaux ont commencé à se diversifier. "Les premiers animaux vivaient encore dans un monde pauvre en oxygène, " a déclaré Sperling. Contrairement aux hypothèses de longue date, les scientifiques ont découvert que les océans paléozoïques étaient également étonnamment exempts de sulfure d'hydrogène, une toxine respiratoire souvent trouvée dans les régions anoxiques des océans modernes.

Lorsque l'oxygène a finalement augmenté dans les environnements marins, il est venu tout aussi gros, une vie végétale plus complexe a décollé. "Il y a une tonne de débats sur l'impact des plantes sur le système Terre, " a déclaré Sperling. "Nos résultats sont cohérents avec une hypothèse selon laquelle, à mesure que les plantes ont évolué et ont recouvert la Terre, ils ont augmenté les nutriments dans l'océan, conduire l'oxygénation." Dans cette hypothèse, l'afflux de nutriments dans la mer aurait donné un coup de fouet à la productivité primaire, une mesure de la rapidité avec laquelle les plantes et les algues absorbent le dioxyde de carbone et la lumière du soleil, les transformer en nouvelle biomasse et libérer de l'oxygène dans le processus.

Le changement a probablement tué les graptolites. "Bien que plus d'oxygène soit vraiment bon pour beaucoup d'organismes, les graptolites ont perdu l'habitat pauvre en oxygène qui était leur refuge, " Sperling a déclaré. "Tout changement environnemental va avoir des gagnants et des perdants. Les graptolites auraient pu être les perdants."