L'atmosphère terrestre n'a pas toujours été celle que nous connaissons aujourd'hui. L'oxygène, essentiel à notre vie, était quasi absent pendant la première moitié de l'histoire de la planète, qui ressemblait davantage à la brume toxique de Vénus.
Il y a environ 2,3 milliards d'années, tout a radicalement changé. Des micro-organismes, les cyanobactéries, ont commencé à produire de l'oxygène par photosynthèse, transformant littéralement la Terre. Cet événement, baptisé Grande Oxydation (GOE), marque un tournant environnemental majeur.
"C'est le plus grand changement climatique et environnemental de l'histoire de la Terre", explique Sarah Slotznick, géoscientifique au Dartmouth College.
De nombreuses questions subsistent sur le déroulement du GOE. Une étude récente menée par Slotznick et ses collègues, publiée dans Science Advances le 5 janvier, analyse des roches anciennes et contredit l'hypothèse de "bouffées" d'oxygène préalables, démontrant un événement unique.
Dater des formations de l'Archéen, dix fois plus anciennes que les dinosaures, est un défi. À cette époque, les continents étaient embryonnaires et la vie complexe absente.
Les géologues scrutent les roches primitives pour des signatures chimiques. L'oxygène réagit avec les éléments minéraux, formant par exemple de la rouille (oxyde de fer) ou modifiant le molybdène, le rhénium et le soufre.
"Les archives géologiques offrent des instantanés incomplets, d'autant plus anciens", note David Johnston, géoscientifique à Harvard, non impliqué dans l'étude.
Les premières signatures indiquaient un GOE unique vers 2,3 milliards d'années. L'équipe s'est tournée vers la région de Pilbara, en Australie-Occidentale, abritant les plus anciennes traces de vie (fossiles de 3,5 milliards d'années).
En 2004, une mission soutenue par la NASA a extrait une carotte de forage du schiste du mont McRae, exceptionnellement préservé – intact malgré chaleur et tectonique.
"C'est comme un texte ancien intact", compare Slotznick. Ce schiste reflète fidèlement la chimie océanique d'alors.
En 2007, des analyses de soufre, molybdène et rhénium suggéraient de l'oxygène pré-GOE, impliquant des "bouffées" antérieures de plus de 50 millions d'années. Cette idée s'est imposée dans les manuels.
La carotte a inspiré plus d'une dizaine d'études sur sélénium, osmium ou mercure, mais leurs interprétations restaient ambiguës.
Slotznick et son équipe ont réalisé de nouveaux tests, dont une analyse synchrotron aux rayons X. Leurs résultats réfutent les "bouffées" : des processus volcaniques expliquent les signatures, comme pour le molybdène.
"Cela défie l'hypothèse des bouffées et guide les futures recherches", commente Johnston.
Cette étude réinterprète d'autres données et pave la voie à de nouvelles analyses, notamment en Afrique du Sud.
"C'est une période fascinante. Comprendre ses causes reste le grand défi", conclut Slotznick.
