Histoire géologique de l'oxygène

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Évolution de la concentration en dioxygène de l'atmosphère terrestre. Limite haute en rouge et basse en vert. Échelle horizontale : temps en milliards d'années[1].
Étape Période (Ga) Caractéristiques
1[2] 3,85–2,45 Pas de production d'O2 jusqu'à 3,5 Ga puis production par des procaryotes autotrophes, l'O2 étant consommé par les « puits à oxygène » sous-marins, formant notamment les formations ferrifères rubanées.
2[3] 2,45–1,85 La séquestration de l'O2 dans ces puits sous-marins commence à diminuer, ce qui initie la catastrophe de l'oxygène. L'O2 qui s'échappe dans l'atmosphère est toxique pour les procaryotes anaérobies et est un gaz corrosif qui, en attaquant les roches, est à l'origine de 2 500 des 4 500 minéraux actuellement présents sur terre.
3[4] 1,85–0,85 Les océans dégagent de l'O2 mais il est absorbé par les lits rouges (en) et la constitution de la couche d'ozone.
4[5] et 5[6] 0,85–0,54
0,54–présent
Les puits d'O2 sont saturés et l'O2 s'accumule dans l'atmosphère.

Avant une certaine évolution de la photosynthèse, l'atmosphère terrestre ne contenait pas une quantité significative de dioxygène (O2)[7]. En effet, bien que des procaryotes produisant du dioxygène comme élément de rejet d'une séquence photosynthétique aient vécu depuis longtemps, leur effet est demeuré presque inexistant sur la composition de l'atmosphère[8]. L'oxygène produit aurait ainsi été absorbé par des minéraux et séquestré dans le sol, notamment sous forme de formations ferrifères rubanées.

Évolution[modifier | modifier le code]

La production d'oxygène débute probablement à l'Archéen il y a 3,5 milliard d'années avec l'apparition de procaryotes autotrophes, des cyanobactéries dont les communautés sont à l'origine d'immenses dépôts de carbonates fossiles, les stromatolithes. Pendant plus d'un milliard d'années, l'oxygène dégagé par ces activités photosynthétiques est consommé par des « puits à oxygène », essentiellement l'oxydation des substances réductrices contenues dans les eaux marines (fer et autres métaux, matière organique) et à la surface des terres émergées, et celle du méthane atmosphérique[9].

Lorsque toutes ces substances ont été oxydées, l'oxygène a commencé à être présent dans l'atmosphère en petite quantité il y a environ 2,5 milliards d'années, à peu près 50 millions d'années avant le début de la Grande Oxydation[10]. La production d'oxygène par les bactéries est progressivement relayée par celle des algues eucaryotes unicellulaire du phytoplancton marin, apparu sans doute il y a 2 milliards d'années. L'O2 qui s'échappe dans l'atmosphère est corrosif et, en attaquant les roches, est à l'origine de 2 500 des 4 500 minéraux actuellement présents sur terre (argiles, sulfates, oxydes)[11]. Depuis l'explosion cambrienne, le taux d'oxygène dans l'atmosphère a fluctué entre 15 et 35 % de la composition de l'air[12].

Effets sur la vie[modifier | modifier le code]

Le taux d'oxygène dans l'atmosphère terrestre aurait eu une influence directe sur les formes de vies. Ainsi, la concentration d'oxygène pourrait être à l'origine d'extinctions ou d'évolutions à grande échelle de la vie, comme par exemple l'apparition de la vie multicellulaire[13], de la faune de l'Édiacarien, de l'explosion cambrienne[14]. Le maximum de 35 % s'étant produit vers la fin du Carbonifère, il y a environ 300 millions d'années, aurait également contribué à la grande taille des insectes et amphibiens de l'époque[14]. Cette culmination de sa proportion dans l'atmosphère terrestre à cette époque est due à l'expansion massive des forêts de fougères géantes sur la Pangée, et à l'enfouissement progressif des produits organiques qui sont devenus les gisements de charbon[12].

Notons finalement que bien qu'elle modifie l'atmosphère par, notamment, l'augmentation du dioxyde de carbone, l'activité humaine n'engendre pas d'effets significatifs sur la quantité d'oxygène dans l'atmosphère[15].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en)http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/361/1470/903.full.pdf
  2. Archéen.
  3. Début du Protérozoïque.
  4. Majeure partie du Protérozoïque.
  5. Fin du Protérozoïque.
  6. Phanérozoïque.
  7. (en) Carl Zimmer, « Earth’s Oxygen: A Mystery Easy to Take for Granted », The New York Times,‎ (lire en ligne, consulté le 3 octobre 2013)
  8. (en) A. Dutkiewicz, H. Volk, S. C. George, J. Ridley et R. Buick, « Biomarkers from Huronian oil-bearing fluid inclusions: an uncontaminated record of life before the Great Oxidation Event », Geology, vol. 34, no 6,‎ , p. 437 (DOI 10.1130/G22360.1, Bibcode 2006Geo....34..437D)
  9. François Ramade, Introduction à l'écochimie, Lavoisier, , p. 41.
  10. (en) A. Anbar, Y. Duan, T. Lyons, G. Arnold, B. Kendall, R. Creaser, A. Kaufman, G. Gordon, C. Scott, J. Garvin et R. Buick, « A whiff of oxygen before the great oxidation event? », Science, vol. 317, no 5846,‎ , p. 1903–1906 (PMID 17901330, DOI 10.1126/science.1140325, Bibcode 2007Sci...317.1903A)
  11. (en) David Vaughan, Minerals. A Very Short Introduction, OUP Oxford, , p. 121.
  12. a et b (en) Robert A. Berner, « Atmospheric oxygen over Phanerozoic time », Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 96, no 20,‎ , p. 10955–57 (PMID 10500106, DOI 10.1073/pnas.96.20.10955, lire en ligne)
  13. « Les origines nébuleuses de la vie complexe », sur qc.ca (consulté le 29 septembre 2020).
  14. a et b (en) N. J. Butterfield, « Oxygen, animals and oceanic ventilation: An alternative view », Geobiology, vol. 7, no 1,‎ , p. 1–7 (PMID 19200141, DOI 10.1111/j.1472-4669.2009.00188.x)
  15. (en) John Emsley, Nature's Building Blocks : An A-Z Guide to the Elements, Oxford, England, UK, Oxford University Press, , 297–304 p. (ISBN 0-19-850340-7, lire en ligne), « Oxygen »

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]