L'atmosphère terrestre n'a pas toujours été comme aujourd'hui. L'oxygène qui nous est si vital n'a pas toujours été là. En fait, pendant la majeure partie de la première moitié de l'histoire de la Terre à ce jour, l'atmosphère de notre planète a peut-être eu beaucoup plus en commun avec la brume nocive de Vénus, avec à peine une trace de trouver de l'oxygène.
Tout a changé en trombe, il y a environ 2,3 milliards d'années. Les scientifiques pensent généralement que des micro-organismes appelés cyanobactéries, utilisant la photosynthèse, ont commencé à pomper suffisamment d'oxygène pour littéralement terraformer la Terre. C'est ce qu'on appelle le grand événement d'oxygénation, ou GOE.
C'était "ce changement climatique énorme, changement environnemental dans l'histoire de la Terre", déclare Sarah Slotznick, scientifique de la Terre au Dartmouth College, "le plus grand que nous ayons".
Mais il reste de nombreuses questions sans réponse sur la façon dont le GOE a joué. Et maintenant, en trouvant des indices dans la roche ancienne, les recherches de Slotznick et de ses collègues ont bouleversé certaines des hypothèses précédentes des scientifiques sur la nature du GOE. Les chercheurs avaient supposé que le GOE était précédé de plusieurs "bouffées" d'oxygène précoce, mais cette nouvelle étude montre que le GOE s'est produit en une seule fois. Les auteurs de l'étude ont publié leurs travaux dans la revue Science Advances le 5 janvier.
Il n'est pas simple de dater des choses d'aussi loin - dix fois plus anciennes que les dinosaures les plus anciens, à une époque connue sous le nom d'Archéen. Les premiers animaux et plantes n'apparaîtraient pas avant bien plus d'un milliard d'années. La plupart des continents ne se sont pas encore formés, et la plupart d'entre eux nous sont méconnaissables.
L'étude de cette période nécessite de rechercher des indices dans des roches très anciennes. Par exemple, s'il y a de l'oxygène dans l'atmosphère, il réagira avec des éléments dans la roche, laissant des empreintes digitales que les géologues pourront trouver. Ou, si la roche se trouve sous l'océan, l'atmosphère réagira avec les éléments de la mer et le produit final coulera au fond et y restera.
Avec l'arrivée d'oxygène, le fer des roches se transformera en oxyde de fer, que nous appelons rouille. D'autres éléments, tels que le molybdène, le rhénium et le soufre, présentent également des changements, bien que les scientifiques ne sachent pas toujours ce qui motive ces changements.
"Les archives géologiques ne fournissent que des instantanés de l'histoire de la Terre", explique David Johnston, un scientifique de la Terre à l'Université de Harvard qui n'a pas participé à cette recherche. "Plus nous remontons dans le temps, moins ces archives deviennent complètes."
Pourtant, si vous regardez au bon endroit, vous pouvez trouver des roches dans les parties les plus anciennes des continents, des roches suffisamment anciennes pour montrer ces signatures. Au début des années 2000, ces signatures pointaient vers un seul début pour le GOE :il y a environ 2,3 milliards d'années.
Pour les scientifiques à l'origine de ce dernier article, le bon endroit est la région de Pilbara, au nord de l'Australie occidentale. Ses roches pourraient conserver les plus anciennes preuves connues de la vie sur Terre, de minuscules fossiles datant d'il y a 3,5 milliards d'années.
En 2004, un effort soutenu par la NASA a coupé un cylindre, connu sous le nom de carotte de forage, du schiste du mont McRae, un morceau de Pilbara particulièrement bien conservé. "Nous utilisons ce mot, 'préservé', de la même manière que vous parleriez d'un texte ancien préservé", explique Slotznick. Son texte n'a pas été effacé par une forte chaleur et son matériau n'a pas été écrasé par l'élévation des montagnes.
Et Johnston dit que le schiste est "la bonne saveur" pour capturer un aperçu de l'océan au-dessus.
Après que ce noyau ait été retiré du sol, les scientifiques l'ont passé au peigne fin pour voir la roche à différents moments de l'histoire. En 2007, des scientifiques examinant le soufre, le molybdène et le rhénium ont annoncé qu'ils avaient trouvé des preuves d'oxygène dans cet échantillon, bien avant le GOE.
Alors que le GOE était établi depuis des décennies à ce stade, l'idée que l'oxygène se trouvait auparavant dans l'atmosphère était nouvelle. Cela indiquait que le GOE n'était peut-être pas un seul événement, mais peut-être qu'il avait été précédé de "bouffées" qui se sont produites plus de 50 millions d'années plus tôt.
Et dans les années qui ont suivi, ces "bouffées" ont été adoptées par la communauté. "Je dirais qu'ils commencent à être enseignés dans des cours d'introduction aux sciences de la Terre", déclare Slotznick.
Au cours de la dernière décennie et demie, cette même carotte de forage de Mount McRae Shale a fait l'objet de plus d'une demi-douzaine d'articles différents. Beaucoup ont examiné les changements dans d'autres éléments :le sélénium, par exemple, ou des métaux lourds comme l'osmium et le mercure. Mais la chimie derrière ce que les chercheurs ont vu est souvent mal comprise, et les scientifiques n'étaient pas tout à fait sûrs de la signification d'un signal particulier.
Pour ajouter un peu de clarté, Slotznick et ses collègues ont décidé de s'y mettre. Ils ont prélevé leur propre échantillon de cette carotte et effectué un certain nombre de tests, notamment l'examen d'un échantillon de roche avec un synchrotron, une source de lumière très, très brillante, en particulier des rayons X.
Ce qu'ils ont trouvé, c'est de nouvelles preuves qui vont à l'encontre de la théorie de la "bouffée". Des événements sans lien avec le GOE ont en fait créé les signatures que des études précédentes avaient apparemment attribuées à tort à des «bouffées». Par exemple, le molybdène qui avait joué un rôle crucial dans la création de l'idée des "bouffées", pensent Slotznick et ses co-auteurs, provenait en fait des volcans.
"Cela présente certainement un formidable défi pour les arguments en faveur de la" bouffée "d'oxygène dans le mont McRae [Shale]", déclare Johnston, "et fournit une feuille de route formidable sur la façon dont nous testons ces hypothèses à l'avenir."
Aller de l'avant ne signifie pas seulement apprendre davantage; cela signifie que cette recherche aidera également à réinterpréter certaines des autres données provenant de cette roche au cours des dernières années.
Quant à Slotznick, elle prévoit de revenir sur ce chapitre primordial de l'histoire de la Terre, avec d'autres carottes de forage provenant d'une autre partie particulièrement ancienne des roches du monde :l'Afrique du Sud.
"Je pense que c'est une période incroyable", dit-elle. "Il y a beaucoup à apprendre et à creuser, surtout si nous essayons de comprendre ce qui l'a causé, ce qui est la grande question."
