Grande Oxydation
Pour les articles homonymes, voirGOE.
 Évolution de laconcentrationendioxygènede l'atmosphère terrestre(limite haute en rouge, basse en vert). Échelle horizontale: âge en milliards d'années. | ||
| Phase | Période (Ga) | Caractéristiques |
| 1 | 3,85–2,45 | Pas de production de dioxygène. |
| 2 | 2,45–1,85 | La production de dioxygène est absorbée par lesocéanset lesfonds marins. |
| 3 | 1,85–0,85 | Les océans dégagent du dioxygène mais il est absorbé par les terres. Constitution de lacouche d'ozone. |
| 4 et 5 | 0,85–0,54 0,54–présent |
Les puits d'oxygène sont saturés et le dioxygène s'accumule dans l'atmosphère. |
LaGrande OxydationouGrande Oxygénation[1](Great Oxygenation Eventenanglais,ou GOE), également appeléecatastrophe de l'oxygèneoucrise de l'oxygène,est un événement majeur qui s'est produit dans l'atmosphère terrestre,leseaux de surfaceet labiosphèreil y a environ 2,4 à2 milliardsd'années (Ga), auPaléoprotérozoïque:ledioxygène,ou oxygène libre (non combiné à d'autresélémentscomme dans CO2), est devenu un constituant notable de l'atmosphère, il s'est accumulé à l'état dissous dans les eaux, une majeure partie dessolsse sont oxydés, et lesorganismesanaérobiesont dû s'adapter à ces nouvelles conditionsaérobies[2],[3].
Le dioxygène, libéré dans l'eau de merpar lemétabolismedes organismesphotosynthétiques(principalement lescyanobactéries), a d'abordréagiavec les composésréducteursprésents en surface (méthaneCH4,selsetminérauxferreux). Il a commencé à s'accumuler quand ces « puits de l'oxygène » sont venus à saturation. L'oxygène libre était probablement un poison pour les premiers organismes vivants, comme il l'est encore aujourd'hui pour une majeure partie des organismesanaérobies:ils ont d'abord dû développer des mécanismes pour s'en protéger, ensuite sont apparus des organismesaérobies— aujourd'hui majoritaires — pour lesquels le dioxygène est devenu indispensable (respiration). Les organismes photosynthétiques ont également dûadapter leur métabolismecar le dioxygène diminue l'efficacité de laRubisco,l'enzyme-clé de la photosynthèse. La Grande Oxydation n'est donc pas qu'un événement chimique affectant la surface terrestre, c'est aussi unecrise écologiquemajeure, sans doute la première de l'histoire du vivant.
Évolution du cycle de l'oxygène
[modifier|modifier le code]La compréhension de ces évènements nécessite de connaître certaines bases dephysiologie:les êtres vivants élaborent des structures basées sur lecarbone— qu'il s'agisse de courteschaînescycliques(glucides= sucres), ou de longues chaînes plus ou moins complexes (lipides= graisses), ou encore des composés carbonés comportant un groupeazoté(protéines,formées de chaînes d'acides aminés). Dans tous les cas, il s'agit d'assemblages d'atomes de carbone. Les organismes responsables de l'oxygénation tirent leur carbone des molécules dedioxyde de carbone(CO2) extraites de l'atmosphère, l'énergie nécessaire provenant de la lumière solaire (photosynthèse). Chaque réaction de fixation d'unatomede carbone supplémentaire libère unemoléculededioxygène(O2), qui n'est donc pour ces organismes vivants (cyanobactéries) qu'undéchet toxique.
Ces organismes primitifs éliminaient ce dioxygène dans les océans, celui-ci réagissait avec les composés de l'océan, principalement avec les métaux comme lefer ferreuxpour précipiter enhématiteetmagnétite,ce qui limitait les possibilités de vie à la prolifération des seuls organismesanaérobies. Ce n'est plus le cas vers −2,4Ga:après l'épuisement du fer ferreux marin, le dioxygène s'est alors répandu des océans à l'atmosphère, déclenchant une crise écologique en raison de sa toxicité pour les organismes anaérobies de l'époque qui le produisent.
La fluctuation de la teneur d'un autre métal dissous dans l'eau de mer pourrait être à l'origine de la Grande Oxydation. Une étude de 2009 montre une chute brutale des teneurs ennickeldissous dans l'eau de mer à une période estimée entre2,7et2,4Ga[4].L'origine de cette baisse considérable — la teneur était alors400 foissupérieure à ce qu'elle est aujourd'hui — n'est pas bien expliquée, peut-être liée au refroidissement et à lasolidificationdumanteau terrestre.Cette chute des teneurs en nickel serait responsable de la quasi-disparition de micro-organismes (archéobactéries)méthanogènesqui proliféraient dans ces eaux enrichies en nickel (épisode surnommé la « famine du nickel »). Leur quasi-disparition a laissé la place à des algues et autres organismes producteurs d'oxygène par photosynthèse, responsables de la Grande Oxydation[4],[5].
De plus, l'oxygène libre réagit avec leméthaneatmosphérique (ce gaz étant à cette époque, avec le dioxyde de carbone, à l'origine de l'effet de serre), déclenchant ainsi laglaciation huronienneentre 2,4 et 2,1Ga,probablement le plus long épisodeboule de neige de la Terre. Après cette glaciation, lafonte des glacesprovoque un lessivage des continents, ce qui apporte des éléments nutritifs dans les océans, favorisant le développement des cyanobactéries photosynthétiques à l'origine de l'accélération considérable de l'augmentation de la concentration d’oxygène dans l'atmosphère terrestre: la concentration en oxygène de l’air augmente rapidement, en deux cents millions d'années, pour atteindre vers −2,1Gad'années un seuil de 4 % qui voit l'émergence de lavie multicellulaireaérobie.
De plus, cet oxygène libre est à l'origine de la formation de lacouche d'ozonequi a pour effet d'absorber la plus grande partie durayonnement solaireultraviolet,autorisant l'accroissement de labiodiversité.
Ainsi, la vie aérobie (utilisant l'oxygène atmosphérique libre), actuellement majoritaire, résulte de l'adaptation de la vie primitivement anaérobie à un environnement qu'elle a rendu toxique pour elle.
Modèles et théories
[modifier|modifier le code]Ce modèle a été précisé en 2013: la concentration d’oxygène dans l'atmosphère terrestre montre des fluctuations et une dynamique « en yoyo » entre 2,3 et 1,8Gapour chuter au cours duMésoprotérozoïque1,8 et 1,6Gaà un taux de 0,1 % de la teneur actuelle[6],[7],qui perdure pendant un milliard d'années, cette période voyant le développement uniquement de bactéries qui laissent peu de traces fossiles. Ce milliard (d'années) est nommé par les scientifiques britanniques « lemilliard ennuyeux» (the boring billion,par l'absence de fossiles) et après cette période vers 600-700 millionsd’années (glaciation Varangerà l'époque duCryogénien), l'atmosphère terrestre connaît à nouveau une importante augmentation d'oxygène jusqu'à nos jours[8],où le taux est de 20,9 %.
Notes et références
[modifier|modifier le code]Références
[modifier|modifier le code]- «L'histoire de l'univers», surFutura(consulté le).
- YvesSciama,«Elles ont façonné la Terre»,Science et Vie,hors-sérieno261,,p.21(ISSN0151-0282).
- Christiande Duve(trad.Anne Bucher et Jean-Mathieu Luccioni),Poussière de vie: Une histoire du vivant,Paris,Fayard,,588p.(ISBN978-2-213-59560-3).
- (en)Kurt O. Konhauseret al.,«Oceanic nickel depletion and a methanogen famine before the Great Oxidation Event»,Nature,vol.458,no7239,,p.750–753(PMID19360085,DOI10.1038/nature07858,Bibcode2009Natur.458..750K)
- (en)CynthiaGraber,«Breathing Easy Thanks to the Great Oxidation Event», surScientific American(consulté le).
- «L’effet « yoyo » de l’oxygène atmosphérique il y a 2,3 à 2 milliards d’années, décisif pour la vie sur Terre», surINSU(consulté le)
- «Découverte scientifique majeure par l’analyse des sédiments du bassin de Franceville au Gabon», surLa France au Gabon et à São Tomé et Principe(consulté le)
- (en)Donald E. Canfielda, Lauriss Ngombi-Pembab, Emma U. Hammarlunda, Stefan Bengtsonc, Marc Chaussidond, François Gauthier-Lafayee, Alain Meunierb, Armelle Riboulleauf, Claire Rollion-Bardd, Olivier Rouxelg, Dan Asaelg, Anne-Catherine Pierson-Wickmannh etAbderrazak El Albani,«Oxygen dynamics in the aftermath of the Great Oxidation of the Earth’s atmosphere»,Proceedings of the National Academy of Sciences,vol.110,no42,,p.16736-16741(DOI10.1073/pnas.1315570110)
