La Grande Oxydation a tué beaucoup d’espèces sur Terre

Il y a 2,4 milliards d’années, une extinction de masse, surnommée la Grande Oxydation, tua la plupart des organismes existants, pour qui l’oxygène alors relâché dans l’atmosphère était toxique. Ironiquement, elle permit l’existence des espèces vivant grâce à l’oxygène, dont nous faisons partie.

Ce phénomène, également appelé « catastrophe de l’oxygène », est dû à des bactéries primitives évoluant dans les océans, appelées « cyanobactéries », qui grâce à la photosynthèse, relâchèrent dans leur milieu du dioxygène passant ensuite dans l’atmosphère. Cela eut pour conséquence le bouleversement total de la vie sur Terre et la plus longue ère glaciaire de l’histoire, en raison de la réaction entre le méthane de l’atmosphère et l’oxygène. Le phénomène est également à l’origine de la création de la couche d’ozone, et par là de l’accroissement de la biodiversité sur Terre.

La Grande Oxydation Event, catastrophe de l’oxygène, crise de l’oxygène , l’oxygène de l’Holocauste, ou révolution de l’oxygène, est une période où l’atmosphère de la Terre et de l’océan peu profonde a connu une augmentation de l’oxygène, il y a environ 2,4 milliards d’années pendant l’ère paléoprotérozoïque. Des preuves géologiques, isotopiques et chimiques suggèrent que l’oxygène moléculaire produit biologiquement a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère terrestre et a changé l’atmosphère terrestre d’une atmosphère faiblement réductrice à une atmosphère oxydante, entraînant la disparition de nombreuses espèces existantes sur terre. Les cyanobactéries produisant l’oxygène ont provoqué l’événement qui a permis le développement ultérieur de formes multicellulaires.

Une chronologie de l’accumulation d’oxygène suggère que l’oxygène libre a d’abord été produit par des procaryotes puis par des organismes eucaryotes dans l’océan. Ces organismes ont effectué la photosynthèse plus efficacement, produisant de l’oxygène en tant que déchet. Dans une interprétation, les premières cyanobactéries productrices d’oxygène auraient pu apparaître avant le GOE, de 2,7–2,4 Ga et peut-être même plus tôt. Cependant, la photosynthèse oxygénée produit également du carbone organique qui doit être séparé de l’oxygène pour permettre l’accumulation d’oxygène dans l’environnement de surface, sinon l’oxygène réagit en retour avec le carbone organique et ne s’accumule pas. L’enfouissement du carbone organique, du sulfure et des minéraux contenant du fer ferreux est le principal facteur d’accumulation d’oxygène. Par exemple, lorsque le carbone organique est enterré sans être oxydé, l’oxygène est laissé dans l’atmosphère. Au total, l’enfouissement de carbone organique et de pyrite crée aujourd’hui 15,8 ± 3,3 T mol d’O2 par an. Cela crée un O2 net flux des sources mondiales d’oxygène.

Le taux de variation de l’oxygène peut être calculé à partir de la différence entre les sources mondiales et les puits. Les puits d’oxygène comprennent les gaz et minéraux réduits des volcans, le métamorphisme et les intempéries. Le GOE a commencé après que ces flux de puits d’oxygène et flux de gaz réduits ont été dépassés par le flux d’O2 associé à l’enfouissement des réducteurs, tels que le carbone organique. Pour les mécanismes d’altération, 12,0 ± 3,3 T mol d’O2 par an aujourd’hui vont aux puits composés de minéraux et de gaz réduits des volcans, du métamorphisme, de l’eau de mer percolante et des évents de chaleur du fond marin. En revanche, 5,7 ± 1,2 T mol d’O2 par an oxyde les gaz réduits dans l’atmosphère par réaction photochimique. Au début de la Terre, il y avait visiblement très peu d’altération oxydative des continents et donc le puits d’altération de l’oxygène aurait été négligeable par rapport à celui des gaz réduits et du fer dissous dans les océans.

Le fer dissous dans les océans illustre les puits d’O2. L’oxygène libre produit pendant cette période a été capté chimiquement par le fer dissous, convertissant le fer qui est insoluble dans l’eau et a coulé au fond des mers peu profondes pour créer des formations de fer en bandes telles que celles trouvées dans le Minnesota et Pilbara , Australie occidentale. Il a fallu 50 millions d’années ou plus pour épuiser les puits d’oxygène. Le taux de photosynthèse et le taux associé d’enfouissement organique affectent également le taux d’accumulation d’oxygène. Lorsque les plantes terrestres se sont répandues sur les continents dans le Dévonien, plus de carbone organique a été enterré et a probablement permis à des niveaux plus élevés d’O2 de se produire. Aujourd’hui, le temps moyen qu’une molécule d’ O2 passe dans l’air avant d’être consommée par les puits géologiques est d’environ 2 millions d’années. Ce temps de séjour est relativement court par rapport au temps géologique – donc au Phanérozoïque, il doit y avoir eu des processus de rétroaction qui ont maintenu le niveau atmosphérique d’O2 dans des limites adaptées à la vie animale.

Finalement, l’oxygène a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère, avec deux conséquences majeures.

• Premièrement, il a été proposé que l’oxygène oxyde le méthane atmosphérique en dioxyde de carbone et de l’eau. Cela a affaibli l’ effet de serre de l’atmosphère terrestre, provoquant un refroidissement planétaire, qui aurait déclenché une série d’âges glaciaires connus sous le nom de glaciation huronne, encadrant une tranche d’âge de 2,45–2,22 Ga. Un quatrième événement de glaciation trouvé en Afrique du Sud est d’environ 2,22 Ga. Étant donné que les preuves géologiques suggèrent que la glace a atteint le niveau de la mer dans certaines régions et que l’événement sud-africain s’est produit à de basses latitudes, cette dernière est associée à une Terre dite boule de neige.
• Deuxièmement, l’augmentation des concentrations d’oxygène a fourni une nouvelle opportunité de diversification biologique, ainsi que d’énormes changements dans la nature des interactions chimiques entre les roches, le sable, l’argile et d’autres substrats géologiques et l’air, les océans et les autres eaux de surface de la Terre. Malgré le recyclage naturel de la matière organique, la vie était restée énergiquement limitée jusqu’à la disponibilité généralisée de l’oxygène. Cette percée dans l’évolution métabolique a considérablement augmenté l’ énergie libre disponible pour les organismes vivants, avec des impacts environnementaux mondiaux. Par exemple, les mitochondries évolué après le GOE, donnant aux organismes l’énergie d’exploiter une nouvelle morphologie plus complexe interagissant dans des écosystèmes de plus en plus complexes, bien que ceux-ci n’apparaissent qu’à la fin du Protérozoïque et du Cambrien.