Au Précambrien, l’oxygène atmosphérique a eu des hauts et des bas

Après sa formation, notre atmosphère comportait environ 100.000 fois moins de dioxygène (O₂) qu'aujourd'hui, de quoi fortement limiter le développement de formes de vie complexes. Cependant, cela n'a pas empêché l'apparition de la photosynthèse il y a 3,8 milliards d'années, durant le Précambrien. Elle était alors pratiquée par des cyanobactéries qui libérèrent de grandes quantités d'oxygène dans les océans. Seulement voilà, il s'est d'abord lié avec des composés ferreux présents dans l'eau (précipitation d'hématite et de magnétite).

Ainsi, il a fallu attendre qu'une grande partie du ferfer marin soit consommé avant que de l'oxygène ne soit libéré en massemasse dans l'atmosphère, ce qui est arrivé voici 2,3 milliards d'années lors de la Grande Oxygénation. Ensuite, de nombreux ouvrages expliquent que sa concentration n'a fait qu'augmenter par plateau pour atteindre sa valeur actuelle : ils se trompent ! Le taux atmosphérique d'O₂ n'a cessé de monter puis de redescendre durant l'histoire de notre planète. Une nouvelle étude publiée par Donald Canfield de l'université du Danemark du Sud dans la revue Pnas, dans le cadre d'un projet coordonné par Abderrazak El Albani, de l'université de Poitiers, vient de nous le rappeler.

Les fluctuations de la concentration en oxygène dans l'atmosphère ne sont pas sans conséquence sur l'environnement, notamment d'un point de vue géologique. Ainsi, en analysant des roches sédimentairesroches sédimentaires trouvées au Gabon, grâce à différents marqueurs (isotopesisotopes du molybdènemolybdène et carbonecarbone 13, entre autres), les chercheurs sont parvenus à retracer l'évolution du taux d'O₂ dans l'airair durant une période qui s'étend de -2,150 à -2,080 milliards d'années, donc un peu plus de 200 millions d'années après la Grande Oxygénation. Voici deux milliards d'années, la concentration atmosphérique en oxygène aurait été au plus bas !

Ce fossile d'un organisme pluricellulaire, ici reconstitué en 3D par microtomographie X, a été découvert au Gabon, dans des roches vieilles de deux milliards d'années ! © Kaksonen, photothèque CNRS

Les sédiments marins montent, l’oxygène descend

En effet, les sédimentssédiments les plus anciens (-2,150 milliards d'années) étaient plus riches en carbone que les roches les plus jeunes (-2,080 milliards d'années). Mais comment l'expliquer ? Durant la Grande Oxygénation et les 200 millions d'années qui ont suivi, les organismes photosynthétiques ont produit de l'oxygène tout en intégrant du carbone. Une fois morts, ils ont précipité vers les fonds marins, provoquant ainsi un stockage du carbone dans les sédiments marins. Ayant moins de possibilités d'interagir, l'oxygène se serait alors accumulé dans l'atmosphère.

L'astuce, c'est qu'il réagissait également avec des roches terrestres, les érodant progressivement. Les précipitationsprécipitations ont alors emporté des nutrimentsnutriments (phosphorephosphore et fer, par exemple) vers les océans, où ils ont favorisé le développement des micro-organismesmicro-organismes, et donc la capture d'encore plus de carbone. Ce cycle aurait pu se poursuivre sans fin mais... des sédiments marins ont fini par remonter en surface, probablement par le jeu de la tectonique des plaques. La matièrematière organique accumulée au fil du temps se serait alors massivement oxydée, ce qui aurait consommé une grande fraction de l'oxygène présent dans l'atmosphère, en produisant du CO₂ en retour.

Un essai évolutif sabordé par la raréfaction de l’oxygène

Grâce à d'autres travaux réalisés par la même équipe, nous savons également que le taux d'oxygène a à nouveau augmenté voici 1,9 à 1,8 milliard d'années, avant de finalement baisser à un niveau qui a limité le développement de formes de vie complexes durant un milliard d'années. La suite... nous la connaissons. Il y a 542 millions d'années environ, l'oxygène a atteint une concentration qui a permis à la vie de se développer rapidement : il s'agit de l'explosion cambrienne.

Ce qui n'a pas encore été dit, c'est que ces analyses ont été réalisées sur des roches qui entourent des fossiles d’êtres pluricellulaires présentés en 2010. Or, plus aucun organisme complexe n'a été observé dans les roches du Paléoprotérozoïque après la chute drastique de la concentration en oxygène. Selon Abderrazak El Albani, nous pouvons dès lors imaginer la théorie suivante : des formes de vie complexes n'auraient-elles pas essayé de se développer voici deux milliards d'années, avant que les conditions environnementales ne mettent fin à cet essai évolutif ?