Crédit d'image: NASA
Alors que deux rovers parcourent Mars à la recherche de signes d'eau et des précurseurs de la vie, les géochimistes ont découvert des preuves que les anciens océans de la Terre étaient très différents de ceux d'aujourd'hui. La recherche, publiée dans le numéro de cette semaine de la revue Science, cite de nouvelles données qui montrent que les océans vitaux de la Terre contenaient moins d'oxygène qu'aujourd'hui et auraient pu être presque dépourvus d'oxygène pendant un milliard d'années de plus que ce que l'on pensait auparavant. Ces résultats peuvent aider à expliquer pourquoi la vie complexe a à peine évolué pendant des milliards d'années après son apparition.
Les scientifiques, financés par la National Science Foundation (NSF) et affiliés à l'Université de Rochester, ont mis au point une nouvelle méthode qui révèle comment l'oxygène des océans pourrait avoir changé à l'échelle mondiale. La plupart des géologues conviennent qu'il n'y avait pratiquement pas d'oxygène dissous dans les océans jusqu'à il y a environ 2 milliards d'années et qu'ils étaient riches en oxygène pendant la majeure partie du dernier demi-milliard d'années. Mais il y a toujours eu un mystère sur la période intermédiaire.
Les géochimistes ont développé des moyens de détecter les signes de l’oxygène ancien dans des zones particulières, mais pas dans les océans de la Terre dans leur ensemble. Cependant, la méthode de l’équipe peut être extrapolée pour saisir la nature de tous les océans du monde.
«Il s'agit de la meilleure preuve directe que les océans du monde avaient moins d'oxygène pendant cette période», explique Gail Arnold, doctorante en sciences de la terre et de l'environnement à l'Université de Rochester et auteur principal du document de recherche.
Enriqueta Barrera, directrice de programme à la division des sciences de la Terre de la NSF, ajoute: «Cette étude est basée sur une nouvelle approche, l’application des isotopes du molybdène, qui permet aux scientifiques de déterminer les perturbations mondiales dans les environnements océaniques. Ces isotopes ouvrent une nouvelle porte à l'exploration des conditions océaniques anoxiques à travers le dossier géologique. »
Arnold a examiné des roches du nord de l'Australie qui se trouvaient au fond de l'océan il y a plus d'un milliard d'années, en utilisant la nouvelle méthode qu'elle avait développée par elle et ses co-auteurs, Jane Barling et Ariel Anbar. Des chercheurs précédents avaient foré plusieurs mètres dans la roche et testé sa composition chimique, confirmant qu'il avait conservé en toute sécurité les informations originales sur les océans. Les membres de l'équipe ont ramené ces roches dans leurs laboratoires où ils ont utilisé une technologie nouvellement développée - appelée Spectromètre de masse à plasma à couplage inductif à collecteurs multiples - pour examiner les isotopes du molybdène dans les roches.
L'élément molybdène pénètre dans les océans par le ruissellement des rivières, se dissout dans l'eau de mer et peut rester dissous pendant des centaines de milliers d'années. En restant si longtemps en solution, le molybdène se mélange bien dans les océans, ce qui en fait un excellent indicateur mondial. Il est ensuite retiré des océans en deux types de sédiments sur le fond marin: ceux qui se trouvent sous les eaux, riches en oxygène et ceux qui sont pauvres en oxygène.
En collaboration avec le co-auteur Timothy Lyons de l'Université du Missouri, l'équipe de Rochester a examiné des échantillons des fonds marins modernes, y compris les rares endroits pauvres en oxygène aujourd'hui. Ils ont appris que le comportement chimique des isotopes du molybdène dans les sédiments est différent selon la quantité d'oxygène dans les eaux sus-jacentes. En conséquence, la chimie des isotopes du molybdène dans les océans mondiaux dépend de la quantité d'eau de mer pauvre en oxygène. Ils ont également découvert que le molybdène de certains types de roches enregistre ces informations sur les océans anciens. Par rapport aux échantillons modernes, les mesures de la chimie du molybdène dans les roches d'Australie indiquent des océans avec beaucoup moins d'oxygène.
Combien moins d'oxygène est la question. Un monde plein d'océans anoxiques pourrait avoir de graves conséquences sur l'évolution. Les eucaryotes, le type de cellules qui composent tous les organismes, sauf les bactéries, apparaissent dans les archives géologiques il y a 2,7 milliards d'années. Mais les eucaryotes avec de nombreuses cellules - les ancêtres des plantes et des animaux - ne sont apparus qu'il y a un demi-milliard d'années, à peu près au moment où les océans sont devenus riches en oxygène. Avec le paléontologue Andrew Knoll de l'Université de Harvard, Anbar a précédemment avancé l'hypothèse qu'une période prolongée d'océans anoxiques pourrait être la clé pour expliquer pourquoi les eucaryotes les plus complexes ont à peine survécu tandis que leurs cousins bactériens prolifiques prospéraient. L'étude d'Arnold est une étape importante dans la vérification de cette hypothèse.
"Il est remarquable que nous en sachions si peu sur l'histoire des océans de notre propre planète", a déclaré Anbar. "Qu'il y ait ou non de l'oxygène dans les océans est une question chimique simple à laquelle vous penseriez qu'il serait facile de répondre. Cela montre à quel point il est difficile de taquiner les informations du disque rock et combien il nous reste encore à apprendre sur nos origines. »
Déterminer à quel point il y avait moins d'oxygène dans les océans dans le passé antique est la prochaine étape. Les scientifiques prévoient de continuer à étudier la chimie du molybdène pour répondre à cette question, avec le soutien continu de la NSF et de la NASA, les agences qui ont soutenu les travaux initiaux. Ces informations ne feront pas seulement la lumière sur notre propre évolution, mais peuvent nous aider à comprendre les conditions que nous devons rechercher lorsque nous recherchons la vie au-delà de la Terre.
Source d'origine: communiqué de presse NSF
