Une nouvelle analyse de roches australiennes vieilles de 2,5 milliards d’années révèle que les éruptions volcaniques pourraient avoir stimulé des poussées de population de micro-organismes marins, créant les premières bouffées d’oxygène dans l’atmosphère. Cela changerait les histoires existantes de l’atmosphère primitive de la Terre, qui supposaient que la plupart des changements dans l’atmosphère primitive étaient contrôlés par des processus géologiques ou chimiques.
Bien que axée sur l’histoire ancienne de la Terre, la recherche a également des implications pour la vie extraterrestre et même le changement climatique. Les étudier dirigé par l’Université de Washington, l’Université du Michigan et d’autres institutions a été publié en août dans les Actes de la National Academy of Sciences.
Roger Buick en 2004 au Mount McRae Shale en Australie-Occidentale. Les roches forées près d’ici montrent que des « bouffées » d’oxygène se sont produites avant le grand événement d’oxydation, il y a 2,4 milliards d’années. De nouvelles analyses montrent un pic légèrement plus précoce de l’élément mercure émis par les volcans, qui aurait pu augmenter les populations d’organismes unicellulaires pour produire une « bouffée » temporaire d’oxygène. Crédit image : Roger Buick/Université de Washington
« Ce qui a commencé à devenir évident au cours des dernières décennies, c’est qu’il existe en fait un certain nombre de liens entre la Terre solide et non vivante et l’évolution de la vie », a déclaré le premier auteur. Jana Meixnerova, doctorant à l’UW en sciences de la Terre et de l’espace. « Mais quelles sont les connexions spécifiques qui ont facilité l’évolution de la vie sur Terre telle que nous la connaissons ? »
À ses débuts, la Terre n’avait pas d’oxygène dans son atmosphère et peu ou pas de formes de vie respirant de l’oxygène. L’atmosphère terrestre est devenue en permanence riche en oxygène il y a environ 2,4 milliards d’années, probablement après une explosion de formes de vie qui effectuent la photosynthèse, transformant le dioxyde de carbone et l’eau en oxygène.
Mais en 2007, co-auteur Ariel Anbar à l’Arizona State University a analysé les roches des schistes du mont McRae en Australie-Occidentale, rapportant une bouffée à court terme d’oxygène environ 50 à 100 millions d’années avant qu’il ne devienne un élément permanent dans l’atmosphère. Des recherches plus récentes ont confirmé d’autres, pics d’oxygène à court terme plus tôt, mais n’a pas expliqué leur ascension et leur chute.
Dans la nouvelle étude, des chercheurs de l’Université du Michigan, dirigés par l’auteur co-correspondant Joël Blum, a analysé les mêmes roches anciennes pour la concentration et le nombre de neutrons dans l’élément mercure, émis par les éruptions volcaniques. De grandes éruptions volcaniques projettent du mercure dans la haute atmosphère, où il circule aujourd’hui pendant un an ou deux avant de pleuvoir sur la surface de la Terre. La nouvelle analyse montre un pic de mercure quelques millions d’années avant l’augmentation temporaire de l’oxygène.
Il s’agit de carottes de forage de roches provenant des schistes du mont McRae en Australie occidentale. Une analyse précédente a montré une « bouffée » d’oxygène atmosphérique précédant le grand événement d’oxydation, il y a 2,4 milliards d’années. De nouvelles analyses montrent un pic légèrement plus précoce des minéraux produits par les volcans, qui peuvent avoir fertilisé les premières communautés de microbes pour produire de l’oxygène. Crédit image : Roger Buick/Université de Washington
« Effectivement, dans la roche sous le pic transitoire d’oxygène, nous avons trouvé des preuves de mercure, à la fois dans son abondance et ses isotopes, qui s’expliqueraient très raisonnablement par des éruptions volcaniques dans l’atmosphère », a déclaré le co-auteur. Roger Buick, professeur de sciences de la Terre et de l’espace à l’UW.
Là où il y avait des émissions volcaniques, raisonnent les auteurs, il devait y avoir des champs de lave et de cendres volcaniques. Et ces roches riches en nutriments auraient été altérées par le vent et la pluie, libérant du phosphore dans les rivières qui pourraient fertiliser les zones côtières voisines, permettant aux cyanobactéries productrices d’oxygène et à d’autres formes de vie unicellulaires de prospérer.
« Il existe d’autres nutriments qui modulent l’activité biologique sur de courtes périodes, mais le phosphore est celui qui est le plus important sur de longues périodes », a déclaré Meixnerová.
Aujourd’hui, le phosphore est abondant dans le matériel biologique et dans les engrais agricoles. Mais dans des temps très anciens, l’altération des roches volcaniques aurait été la principale source de cette ressource rare.
« Au cours de l’altération sous l’atmosphère archéenne, la roche basaltique fraîche se serait lentement dissoute, libérant le phosphore macronutritif essentiel dans les rivières. Cela aurait nourri les microbes qui vivaient dans les zones côtières peu profondes et déclenché une productivité biologique accrue qui aurait créé, en tant que sous-produit, un pic d’oxygène », a déclaré Meixnerová.
L’emplacement précis de ces volcans et champs de lave est inconnu, mais de grands champs de lave du bon âge existent dans l’Inde moderne, au Canada et ailleurs, a déclaré Buick.
« Notre étude suggère que pour ces bouffées d’oxygène transitoires, le déclencheur immédiat était une augmentation de la production d’oxygène, plutôt qu’une diminution de la consommation d’oxygène par les roches ou d’autres processus non vivants », a déclaré Buick. « C’est important parce que la présence d’oxygène dans l’atmosphère est fondamentale – c’est le principal moteur de l’évolution d’une vie vaste et complexe. »
En fin de compte, les chercheurs disent que l’étude suggère comment la géologie d’une planète pourrait affecter toute vie évoluant à sa surface, une compréhension qui aide à identifier les exoplanètes habitables, ou les planètes en dehors de notre système solaire, dans la recherche de vie dans l’univers.
La source: Université de Washington
