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Le cuivre marqueur de l'oxygénation de l'atmosphère et des changements de teneurs en nutriments dans les océans de la Terre primitive
En étudiant des roches riches en matière organique déposées au fond des océans il y a 2,66 à 2,1 milliards d'années, une équipe internationale de chercheurs avec la contribution de deux équipes françaises de Poitiers (Institut de Chimie des Milieux et Matériaux de Poitiers ; Université de Poitiers, CNRS) et de Brest (Laboratoire Domaines océaniques ; Université de Bretagne Occidentale-CNRS) montre que les variations des teneurs des isotopes du cuivre ont enregistré l'oxygénation de l'atmosphère et les changements de nutriments dans les océans qui se sont produits entre 2,4 et 2,1 milliards d'années. Cette étude vient d'être publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A.
Modèle conceptuel du cycle marin et des isotopes de Cuivre à l'Archéen et au Protérozoique inférieur. A) Au Néoarchéen le cycle marin du Cu, ne montre pas d'arrivage d'éléments par altération oxydante et il est fortement influencé par le dépôt des oxydes de Fer. B) Au Protérozoïque, on note l'arrivée des isotopes lourds du Cuivre grâce à l'altération des sulfures continentaux avec une forte réduction de dépôt des oxydes de fer. L'ensemble génère une baisse du 63Cu à partir de l'eau de mer et dans les sédiments pélagiques.
Ces travaux mettent en évidence une évolution progressive de la composition isotopique du cuivre provenant de sédiments riches en matière organique. Les roches analysées appartiennent aux formations Paléoprotérozoïques des bassins de Franceville au Gabon et de Transvaal en Afrique du Sud. A 2,4 milliards d'années les résultats montrent des valeurs négatives jusqu'à devenir strictement positives à partir 2,3 et après. Les auteurs montrent que l'arrivée de l'oxygène dans l'atmosphère terrestre "Great Oxidation Event (GOE)" a commencé il y a 2,4 milliards d'années, époque où le niveau d'oxygène était quasi nul jusqu'à atteindre presque le niveau actuel vers 2,3 milliards d'années.
Les auteurs pensent que les teneurs élevées en fer des océans primitifs ont joué un rôle clé dans la disponibilité des métaux en traces et en particulier celle du cuivre dont les teneurs augmentent à mesure que celles du fer diminuent jusqu'à 1000 fois après le "GOE". Ces résultats confirment l'hypothèse selon laquelle l'utilisation biologique du cuivre est devenue prédominante après l'arrivée d'oxygène dans l'atmosphère et dans les océans de l'époque.
Ces résultats fournissent un élément clé et nouveau pour la reconstruction des conditions de disponibilité des nutriments pour la vie dans les océans primitifs dont les teneurs étaient considérablement réduites tant que les teneurs en fer étaient élevées.
Pour plus d'information voir:
Cu isotopes in marine black shales record the Great Oxidation Event, “The Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A.” 18 avril 2016.
Contact chercheur:
Abderrazak El Albani, HydrASA (CNRS-INSU, Univ. de Poitiers)
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