Des indices géologiques (fers rubanés, stromatolithes) permettent de dater l’augmentation de la part du dioxygène dans l’atmosphère.

IL’apparition du dioxygène dans les océans

1 Les fers rubanés, témoins de l’oxydation

Les fers rubanés ou BIF (Banded Iron Formation) sont des roches sédimentaires marines formées de lits bruns ou rouges, constitués essentiellement d’hématite (Fe₂O₃) dans laquelle le fer est à l’état ferrique Fe³⁺.

Doc 1 Fers rubanés (Groenland)

Le passage du fer de l’état Fe²⁺ à l’état Fe³⁺ est une oxydation et témoigne de l’apparition de dioxygène (O₂) dans les océans entre 3,5 et 3 milliards d’années.

Une question se pose alors : quelle est l’origine du dioxygène des océans ?

2 Les stromatolithes à l’origine du dioxygène

Les stromatolithes sont des fossiles constitués de couches sédimentaires liées à l’activité photosynthétique de bactéries primitives (certainement des cyanobactéries). Les stromatolithes les plus âgés sont datés d’environ 3,5 milliards d’années, période qui correspond à l’apparition du dioxygène dans les océans. Les cyanobactéries pourraient donc être à l’origine du changement de composition des océans.

On observe actuellement des stromatolithes en formation et leur étude montre que les cyanobactéries qu’ils contiennent réalisent la photosynthèse, processus énergétique qui consomme du dioxyde de carbone et produit du dioxygène. Cette observation tend à confirmer que les cyanobactéries primitives réalisaient également la photosynthèse, et donc produisaient du dioxygène à partir de l’eau des océans (doc. 2).

Doc 2 L’expérience de Ruben et Kamen : origine de l’oxygène

L’expérience de Ruben et Kamen (doc.2) prouve en effet que le dioxygène produit lors de la photosynthèse provient de l’oxydation de l’eau et non de la dissociation du dioxyde de carbone.

IIMise en place d’une atmosphère oxydante

Avant 2,2 milliards d’années, la présence de dépôts continentaux d’uranium sous sa forme réduite (uraninite) témoigne de l’absence de dioxygène dans l’atmosphère. Après 2,2 milliards d’années, on trouve de l’uranium oxydé qui indique la présence d’O₂ atmosphérique.

À partir de 2,2 milliards d’années, il est également possible d’observer des paléosols continentaux rouges, donc riches en fer oxydé, qui témoignent du passage à une atmosphère oxydante. L’oxygène dissous dans les océans s’est donc diffusé dans l’atmosphère.