Les dernières années ont vu une explosion de découvertes d'exoplanètes. Certains de ces mondes se trouvent dans ce que nous considérons comme la «zone habitable», du moins dans les observations préliminaires. Mais combien d’entre eux auront des atmosphères riches en oxygène qui soutiennent la vie dans la même veine que la Terre?
Une nouvelle étude suggère que les atmosphères respirables pourraient ne pas être aussi rares que nous le pensions sur des planètes aussi vieilles que la Terre.
La Terre a mis beaucoup de temps à développer l'atmosphère oxygénée dont nous jouissons maintenant. Jusqu'à il y a environ 2,4 milliards d'années, notre planète avait beaucoup moins d'oxygène dans son atmosphère et ses océans. Tout cela a changé lorsqu'un événement majeur d'oxygénation a eu lieu; le premier des trois qui ont façonné la Terre.
Le modèle en trois étapes de l'oxygénation de la Terre est assez largement compris et accepté, bien qu'il ne soit pas sans controverse. Le modèle décrit trois changements majeurs dans l'histoire de la Terre, chacun modifiant considérablement l'atmosphère de la Terre en ajoutant plus d'oxygène.
Les trois événements étaient:
- Le grand événement d'oxydation s'est produit il y a environ 2,4 milliards d'années au cours de l'ère paléoprotérozoïque. Dans ce cas, l'oxygène produit biologiquement s'est accumulé dans les océans et l'atmosphère, conduisant probablement à une extinction de masse initiale.
- L'événement d'oxygénation néoprotérozoïque a connu une augmentation spectaculaire des niveaux d'oxygène et a précédé l'explosion cambrienne il y a environ 540 millions d'années.
- L'événement d'oxygénation du Paléozoïque s'est produit il y a environ 400 millions d'années et a vu l'oxygène atteindre son niveau actuel d'environ 21%.
L'histoire de l'oxygénation de la Terre est compliquée. Ce n'était pas une progression linéaire. Au début, l'oxygène était produit comme sous-produit des déchets par les formes de vie, et une grande partie de celui-ci était absorbé par la croûte terrestre. L'oxygène est très réactif et il a formé toutes sortes de composés avec d'autres éléments et s'est enfermé dans la croûte. En particulier, il a réagi avec le fer pour produire de l'oxyde de fer dans les archives géologiques, l'un de nos meilleurs indicateurs du moment où l'oxygène est entré dans l'atmosphère.
Il y a cependant beaucoup de débats autour de ce modèle. Selon une compréhension du modèle, les bactéries photosynthétiques dans l'océan ont produit une grande partie de l'oxygène précoce. Ensuite, des planètes terrestres sont arrivées des centaines de millions d'années plus tard, augmentant à nouveau le niveau d'oxygène. Il existe également des preuves que la tectonique des plaques et les éruptions volcaniques massives ont joué un rôle.
Un article des auteurs de cette nouvelle étude indique que ce modèle implique qu'un certain niveau de chance est nécessaire pour créer un monde riche en oxygène. "Si une éruption volcanique ne s'était pas produite, ou si un certain type d'organisme n'avait pas évolué, alors l'oxygène aurait calé à de faibles niveaux", dit-il.
Mais ce n'est peut-être pas le cas.
Leur nouvelle étude s'intitule «L'oxygénation de la Terre par étapes est une propriété inhérente au cycle biogéochimique mondial» et le mot «inhérent» est clé ici. Les auteurs disent qu'une fois que nous avons eu les bons microbes et la tectonique des plaques, qui ont tous deux été établis il y a 3 milliards d'années, ce n'était qu'une question de temps avant d'atteindre le niveau d'oxygène que nous avons maintenant. Indépendamment des volcans et des plantes terrestres.
“Cette recherche teste vraiment notre compréhension de la façon dont la Terre est devenue riche en oxygène, et donc capable de soutenir une vie intelligente.“
Lewis Alcott, auteur principal, Earth Surface Science Institute, Université de Leeds.
Plutôt que des forces externes, ce sont «un ensemble de rétroactions internes impliquant les cycles globaux du phosphore, du carbone et de l'oxygène» qui ont conduit à l'oxygénation de la Terre, comme le dit l'étude. En fait, ces cycles auraient «produit le même schéma en trois étapes observé dans les archives géologiques».
Tout se résume à cela, d'après l'article: "Nous concluons que les événements d'oxygénation de la Terre sont entièrement compatibles avec l'oxygénation progressive de la surface planétaire après l'évolution de la photosynthèse oxygénée."
Mais comment en sont-ils arrivés à cette conclusion?
Les chercheurs viennent de l'Université de Leeds au Royaume-Uni. L'auteur principal est Lewis J. Alcott, un étudiant au doctorat basé au Earth Surface Science Institute. Alcott et les autres chercheurs ont travaillé avec un modèle bien établi de biogéochimie marine et l'ont modifié. Ils ont exécuté ce modèle à travers toute l'histoire de la Terre et ont découvert qu'il produisait à lui seul les trois principaux événements d'oxygénation.
Dans un communiqué de presse, Alcott a déclaré: "Cette recherche teste vraiment notre compréhension de la façon dont la Terre est devenue riche en oxygène, et donc capable de soutenir la vie intelligente."
La pensée dominante derrière l'histoire de l'oxygénation de la Terre repose sur quelques grandes catégories d'événements pour l'expliquer. Le premier est l'évolution majeure de l'évolution des formes de vie qui produisent de l'oxygène. Fondamentalement, des «révolutions biologiques», où les formes de vie sont devenues progressivement plus complexes et ont créé un environnement riche en oxygène. La deuxième catégorie est celle des révolutions tectoniques: une augmentation spectaculaire et particulière de l'activité tectonique, y compris une activité volcanique importante, qui a altéré la croûte et conduit à des niveaux d'oxygène plus élevés.
Il y a eu beaucoup de débats sur la nature exacte de ces deux grandes catégories, mais cette nouvelle étude donne aux scientifiques quelque chose de plus à réfléchir. Plutôt que de s'appuyer sur des événements «par étapes» qui peuvent être identifiés dans les archives géologiques pour expliquer l'oxygénation, la nouvelle étude met en évidence des cycles de rétroaction entre le phosphore, le carbone et l'oxygène.
L'étude suggère également que l'oxygénation était inévitable.
Le co-auteur de l'étude, le professeur Simon Poulton, également de la School of Earth and Environment de Leeds, a déclaré: «Notre modèle suggère que l'oxygénation de la Terre à un niveau pouvant soutenir une vie complexe était inévitable, une fois que les microbes qui produisent de l'oxygène avaient évolué. "
Au cœur de ce nouveau modèle se trouve le cycle du phosphore marin. Leur modèle a produit le même schéma d'oxygénation en trois étapes que la Terre a connu «lorsqu'elle est entraînée uniquement par un passage progressif des conditions de surface réductrices à oxydantes au fil du temps. Les transitions sont déterminées par la façon dont le cycle du phosphore marin réagit aux changements des niveaux d'oxygène, et comment cela affecte la photosynthèse, qui nécessite du phosphore. »
«Nos travaux montrent que la relation entre les cycles mondiaux du phosphore, du carbone et de l'oxygène est fondamentale pour comprendre l'histoire de l'oxygénation de la Terre. Cela pourrait nous aider à mieux comprendre comment une planète autre que la nôtre peut devenir habitable », a déclaré le Dr Benjamin Mills, auteur principal.
Il y a donc encore de l'espoir pour certaines de ces exoplanètes.
Cette étude ne sera pas le dernier mot en la matière. Mais c'est un résultat intrigant, et s'il résiste à un examen scientifique plus approfondi, il pourrait bien avoir un impact sur la façon dont nous caractérisons les exoplanètes que nous avons déjà trouvées, et les milliers d'autres que nous trouverons avec TESS et d'autres futurs télescopes de recherche de planète.
Plus:
- Communiqué de presse: Donner une nouvelle vie au débat sur l'oxygène sur Terre
- Document de recherche: l'oxygénation de la Terre par étapes est une propriété inhérente au cycle biogéochimique mondial
- Article: Les atmosphères respirantes peuvent être plus courantes dans l'univers que nous ne le pensions
- Document de recherche (2014): La montée de l'oxygène dans les premiers océans et l'atmosphère de la Terre
