Grande Oxydation

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Évolution de la concentration en dioxygène de l'atmosphère terrestre. Limites haute en rouge et basse en vert[1].

La Grande Oxydation, également appelée catastrophe de l'oxygène ou crise de l'oxygène, est une crise écologique qui a eu lieu il y a environ 2,4 milliards d'années, au Paléoprotérozoïque, dans les océans et l'atmosphère terrestre[2],[3].

La compréhension de ces évènements nécessite de connaître certaines bases de physiologie : les êtres vivants élaborent des structures basées sur le carbone (qu'il s'agisse de courtes chaînes cycliques (glucides = sucres), ou de longues chaînes plus ou moins complexes (lipides = graisses), ou encore des composés carbonés comportant un groupe azoté (protéines)). Dans tous les cas, il s'agit d'assemblages d'atomes de carbone, chaque atome de carbone étant tiré d'une molécule de dioxyde de carbone (CO2) extraite de l'atmosphère, l'énergie nécessaire étant tirée de la lumière solaire (photosynthèse). Chaque réaction de fixation d'un atome de carbone supplémentaire libère une molécule de dioxygène (O2), qui n'est donc pour les organismes vivants primitifs (cyanobactéries) qu'un déchet toxique.

Les organismes primitifs éliminaient ce dioxygène dans l'atmosphère, puis celui-ci réagissait avec les composés de l'océan, principalement avec le fer ferreux pour précipiter en hématite et magnétite, et ne s'accumulait pas dans l'atmosphère, ce qui limitait les possibilités de vie à la prolifération des seuls organismes anaérobies. Ce n'est plus le cas vers -2,4 milliards d'années : après l'épuisement du fer ferreux marin, le dioxygène s'est alors répandu dans la mer et l'atmosphère, déclenchant une crise écologique en raison de sa toxicité pour les organismes anaérobies de l'époque qui le produisent. De plus, l'oxygène libre réagit avec le méthane atmosphérique (ce gaz étant à cette époque, avec le dioxyde de carbone, à l'origine de l'effet de serre), déclenchant ainsi la glaciation huronienne entre 2,4 milliards et 2,1 milliards d'années, probablement le plus long épisode boule de neige de la Terre.

Après cette glaciation, la fonte des glaces provoque 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 cent millions d'années, pour atteindre vers -2,1 milliards d'années un seuil de 4 % qui voit l'émergence de la vie multicellulaire aérobie.

De plus, cet oxygène libre est à l'origine de la formation de la couche d'ozone qui a pour effet d'absorber la plus grande partie du rayonnement solaire ultraviolet, autorisant l'accroissement de la biodiversité.

Ainsi, la vie aérobie (utilisant l'oxygène atmosphérique libre), actuellement majoritaire, résulte de l'adaptation de la vie primitive (anaérobie) à un environnement qu'elle a rendu toxique.

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 1,8 milliard d’années pour chuter au cours du Mésoprotérozoïque (1,6-1,8 milliard d’années) à un taux de 0,5-1 % 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 « le milliard ennuyeux » (the boring billion, par l'absence de fossiles) et après cette période vers 600-700 millions d’années (glaciation Varanger à l'époque du Cryogénien), l'atmosphère terrestre connaît à nouveau une importante augmentation d'oxygène jusqu'à nos jours[4], où le taux est de 20,9 %.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Soit :
    • phase 1 (3,85–2,45 Ga) : pas de production d'O2 ;
    • phase 2 (2,45–1,85 Ga) : la production d'O2 est absorbée par les océans et les fonds marins ;
    • phase 3 (1,85–0,85 Ga) : les océans dégagent de l'O2 mais il est absorbé par les terres et la constitution de la couche d'ozone ;
    • phase 4 et 5 (0,85–0,54 Ga) et (0,54 Ga–présent) : les puits d'O2 sont saturés et l'O2 s'accumule dans l'atmosphère.
  2. Yves Sciama, « Elles ont façonné la Terre », Hors-série Microbes, Science et Vie, no 261,‎ 7 décembre 2012, p. 21 (ISSN 0151-0282).
  3. Christian de Duve (trad. Anne Bucher, Jean-Mathieu Luccioni), Poussière de vie : Une histoire du vivant, Paris, Fayard,‎ 1996, 588 p. (ISBN 9782213595603).
  4. (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 et Abderrazak 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, no 42,‎ 30 septembre 2013, p. 16736-16741 (DOI 10.1073/pnas.1315570110)

Articles connexes[modifier | modifier le code]