Histoire géologique de l'oxygène
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Avant une certaine évolution de la photosynthèse, l'atmosphère terrestre ne contenait pas une quantité significative de dioxygène (O2)[1]. 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[2]. L'oxygène produit aurait ainsi été absorbé par des minéraux et séquestré dans le sol, notamment sous forme de formations ferrifères rubanées.
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[4].
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[5]. 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)[6]. Depuis l'explosion cambrienne, le taux d'oxygène dans l'atmosphère a fluctué entre 15 et 35 % de la composition de l'air[7].
| Étape | Période (Ga) | Caractéristiques |
|---|---|---|
| 1. Archéen | 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. Début du Protérozoïque. | 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. Majeure partie du Protérozoïque. | 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.Fin du Protérozoïque. et 5 .Phanérozoïque. | 0,85–0,54 0,54–présent |
Les puits d'O2 sont saturés et l'O2 s'accumule dans l'atmosphère. |
