Découverte sur les mécanismes d'oxigénation de la Terre

De nouvelles avancées sur le rôle de la sulfato-réduction durant la seconde période d'oxygénation de l'atmosphère

Des chercheurs du laboratoire Domaines océaniques (LDO/IUEM, CNRS / UBO / UBS / SHOM), de l'Institut de physique du globe de Paris (IPGP / CNRS / Université Paris Diderot / Université La Réunion) et des universités de Sao Paulo et de Belém au Brésil ont mis en évidence l'importance du métabolisme de sulfato-réduction durant l'oxygénation de l'atmosphère, il y a environ 630 millions d'années (Ma).

Alors que durant les deux premiers milliards d'années (Ga) de l'histoire de notre planète, l'atmosphère ne contenait pas de dioxygène (O2), elle en recèle actuellement environ 21 %. Cette oxygénation de l'atmosphère, mais aussi des océans, s'est déroulée sur deux périodes:
- la première nommée le "Great oxidation event" (GOE) se situe entre 2,4 et 2,2 Ga ; elle est contemporaine d'une expansion explosive de la vie photosynthétique et il est établi qu'elle a permis l'accumulation d'oxygène libre dans l'atmosphère, mais en très faible quantité (<1 %) ;
- la deuxième nommée le "Neoproterozoïc oxygenation event" (NOE) est comprise entre 1 Ga et 540 Ma ; elle est contemporaine de l'apparition et de la diversification des métazoaires et autres organismes complexes et aurait permis d'atteindre des concentrations atmosphériques en dioxygène proches du niveau actuel (21 %).


La production de dioxygène au cours du GOE a été attribuée à la photosynthèse (couplée à un enfouissement de matière organique dans le sédiment). En revanche, les mécanismes d'accumulation du dioxygène dans l'atmosphère au cours du NOE n'avaient, jusqu'à présent, pu être expliqués.

Une équipe de chercheurs du LDO, de l'IPGP et des universités de Sao Paulo et de Belém a échantillonné des sédiments brésiliens du Mato Grosso déposés à la fin des épisodes glaciaires extrêmes dits de "Snowball Earth" (635 Ma) au cours du Néoprotérozoïque. Les analyses multi-isotopiques du soufre des composés soufrés (pyrites et sulfates) de ces sédiments ont montré des valeurs étonnamment élevées qui ont permis aux chercheurs de conclure à une activité des bactéries sulfato-réductrices d'une intensité capable de modifier la chimie globale de l'océan. L'utilisation d'un modèle chimique et isotopique hors équilibre a ensuite permis aux chercheurs de montrer que ce métabolisme serait responsable d'une diminution proche de 50 % de la quantité de sulfates océaniques.

Un des principaux mécanismes consommateurs du dioxygène est la respiration aérobie de la matière organique. Mais cette fonction respiratoire peut aussi être réalisée par l'utilisation d'autres oxydants tels les sulfates (la respiration est alors dite anaérobie). Témoin de la voie respiratoire anaérobie, l'importante consommation de sulfates au moment du NOE aurait alors pu constituer, selon les auteurs, un mécanisme essentiel d'épargne de l'oxygène libre produit par la photosynthèse. En mettant en évidence l'importance de ce phénomène de sulfato-réduction au lendemain de la dernière glaciation de type "Snowball Earth", ces travaux conduisent donc à modifier les schémas actuellement admis du budget global de l'oxygène à cette époque.