L'oxygénation de l'atmosphère primitive de la Terre, voici 2,5 milliards d'années, serait d'abord liée au souffle des volcans, plutôt qu'au développement de cyanobactéries productrices d'oxygène, selon une étude publiée jeudi dans la revue scientifique Nature.
Contrairement aux hypothèses actuelles, le développement des cyanobactéries ne serait pas le facteur premier, selon Fabrice Gaillard et ses collègues de l'Institut des sciences de la Terre d'Orléans et de l'ISTerre de Grenoble (Insu/CNRS). «La géologie prime sur la biologie», résume M. Gaillard.
De sa naissance voici 4,5 milliards d'années jusqu'au début de la «grande oxydation», il y a 2,5 milliards d'années, la Terre a eu une atmosphère sans oxygène, composée essentiellement de gaz carbonique et de méthane.
Voici 2,7 milliards d'années, elle a connu un bouleversement, avec l'émergence de grands continents et l'apparition de volcans aériens. Au lieu de cracher leur fumée dans l'eau de mer, ils ont commencé à émettre dans l'atmosphère des gaz riches en soufre, sous une forme oxydée (SO2).
La composition des gaz volcaniques a changé, car la pression à laquelle ils étaient libérés dans l'atmosphère était plus faible que lorsqu'ils étaient émis dans les océans. Un nouveau cycle biochimique du soufre s'est alors mis en place, déclenchant le processus d'oxygénation de l'atmosphère.
L'oxyde de soufre volcanique (SO2) injecté dans l'atmosphère a entraîné la production d'ions sulfate solubles dans l'eau de mer. Les processus chimiques alors enclenchés dans les fonds marins ont rendu possible la libération dans l'atmosphère de l'oxygène émis par les cyanobactéries.
Ces cyanobactéries avaient commencé à produire de l'oxygène par photosynthèse bien avant la Grande oxydation. Mais cet oxygène était alors consommé par la matière organique et le fer ferreux dissout dans les océans. En piégeant ce fer ferreux au fond des océans, le soufre issu du souffle des volcans a libéré l'oxygène.
Un tel scénario géologique d'oxygénation de l'atmosphère, initié par «un changement de la pression de dégazage des volcans», peut «s'appliquer à d'autres planètes», souligne M. Gaillard.
Il rappelle l'absence totale d'oxygène dans l'atmosphère de Vénus où la pression atmosphérique est très forte, alors qu'il y a des traces d'oxygène dans l'atmosphère ténue de Mars.
«Si on a raison dans notre article, on a potentiellement une explication» de l'oxygénation ou non de l'atmosphère de ces planètes «simplement en considérant la pression à laquelle les gaz volcaniques sont relâchés», conclut le chercheur.
L'atmosphère terrestre contient maintenant 21% d'oxygène. Lorsqu'il est apparu lors de la Grande oxydation, sa concentration était mille fois plus faible.