{"id":6735,"date":"2014-06-16T00:01:02","date_gmt":"2014-06-15T22:01:02","guid":{"rendered":"http:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=6735"},"modified":"2014-06-16T00:01:02","modified_gmt":"2014-06-15T22:01:02","slug":"dou-vient-loxygene-de-lair-que-nous-respirons","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2014\/06\/16\/dou-vient-loxygene-de-lair-que-nous-respirons\/","title":{"rendered":"D’o\u00f9 vient l’oxyg\u00e8ne de l’air que nous respirons ?"},"content":{"rendered":"

\"bulles_300\"<\/a>\u00ab\u00a0Sans oxyg\u00e8ne, pas de vie.\u00a0\u00bb<\/em><\/p>\n

Voil\u00e0 une affirmation qui semble \u00eatre frapp\u00e9e au coin du bon sens. Et pourtant, vous \u00eates vous d\u00e9j\u00e0 demand\u00e9s d’o\u00f9 vient cet oxyg\u00e8ne qui nous est si pr\u00e9cieux ?<\/p>\n

Eh bien vous allez d\u00e9couvrir qu’il n’a pas toujours \u00e9t\u00e9 pr\u00e9sent sur Terre<\/strong>, loin de l\u00e0, et qu’il faudrait m\u00eame renverser l’affirmation initiale : sans vie, pas d’oxyg\u00e8ne !<\/p>\n

L’atmosph\u00e8re primordiale<\/h3>\n

Aujourd’hui, notre atmosph\u00e8re est compos\u00e9e d’environ 21 % d’oxyg\u00e8ne, 78% d’azote, et 1% de faibles quantit\u00e9s de divers gaz. Mais il n’en a pas toujours \u00e9t\u00e9 ainsi ! On estime que l’atmosph\u00e8re primordiale de la Terre – il y a environ 4,5 milliards d’ann\u00e9es – \u00e9tait plut\u00f4t compos\u00e9e en majorit\u00e9 d’hydrog\u00e8ne, d’azote, de dioxyde de carbone (CO2<\/sub>), d’ammoniac (NH3<\/sub>) et de m\u00e9thane (CH4<\/sub>). Pas d’oxyg\u00e8ne, donc ! Ou alors en quantit\u00e9s infimes, de l’ordre de seulement 0,0001%<\/strong>.<\/p>\n

Attention, il faut faire une clarification \u00e0 ce stade. Quand je dis \u00ab pas d’oxyg\u00e8ne \u00bb<\/em>, je devrais plut\u00f4t dire \u00ab pas de di<\/span>oxyg\u00e8ne \u00bb<\/em>. Car c’est bien de l’absence du gaz O2<\/sub> dont nous parlons. Les atomes d’oxyg\u00e8ne \u00e9taient bien l\u00e0 eux, il s’agit m\u00eame d’un des \u00e9l\u00e9ments les plus abondants sur Terre. Mais pour la plupart ils \u00e9taient li\u00e9s au carbone pour former du CO2<\/sub> ou emprisonn\u00e9s dans les roches de la cro\u00fbte et du manteau terrestre.<\/p>\n

Bref, une atmosph\u00e8re d\u00e9pourvue d’oxyg\u00e8ne, et les choses en seraient certainement rest\u00e9es l\u00e0, si tout cela n’avait pas \u00e9t\u00e9 boulevers\u00e9 par un \u00e9v\u00e9nement incroyable et extraordinaire : l’apparition de la vie !<\/p>\n

La photosynth\u00e8se<\/h3>\n

Une des raisons pour lesquelles on ne trouvait pas de dioxyg\u00e8ne dans l’atmosph\u00e8re primordiale, c’est que l’atome d’oxyg\u00e8ne a un coeur d’artichaut : il aime se lier \u00e0 tout autre atome qui passe<\/strong>. Il n’existe donc presque pas de r\u00e9actions chimiques naturelles qui produisent du dioxyg\u00e8ne libre.<\/p>\n

Mais tout cela a chang\u00e9 avec l’apparition de la vie il y a environ 3,5 milliards d’ann\u00e9es. Un \u00e9l\u00e9ment cl\u00e9 de la vie telle qu’on la connait, c’est la capacit\u00e9 \u00e0 produire des mol\u00e9cules organiques carbon\u00e9es (comme les glucides, les prot\u00e9ines ou les lipides), qui servent notamment de sources d’\u00e9nergie. Pour les fabriquer, les organismes vivants doivent trouver du carbone<\/strong>. Les premi\u00e8res bact\u00e9ries trouvaient leur carbone en ramassant ce qui passait \u00e0 leur port\u00e9e comme nutriments (les humains font pareil). Mais il y a environ 2,7 milliards d’ann\u00e9es, un nouveau type de bact\u00e9ries fit son apparition : les cyanobact\u00e9ries<\/strong>.<\/p>\n

Les cyanobact\u00e9ries furent les premi\u00e8res \u00e0 inventer la photosynth\u00e8se telle qu’on la connait. A partir de CO2<\/sub>, d’eau et d’\u00e9nergie solaire, ces bact\u00e9ries – qu’on appelle parfois aussi algues bleu-vert – furent capable de capturer le carbone contenu dans le CO2<\/sub>, tout en rejetant \u2026 du dioxyg\u00e8ne !<\/strong><\/p>\n

\"fer<\/a>On peut penser que ce fut le d\u00e9but de l’\u00e9l\u00e9vation de la concentration en oxyg\u00e8ne dans l’atmosph\u00e8re. Mais non ! Je vous l’ai dit, l’oxyg\u00e8ne aime se lier avec tous les autres atomes. Et quand les cyanobact\u00e9ries ont commenc\u00e9 \u00e0 en rejeter, il se trouvait autour plein d’\u00e9l\u00e9ments trop heureux de se marier avec l’oxyg\u00e8ne<\/strong>, par exemple l’hydrog\u00e8ne, le carbone, le soufre et le fer.<\/p>\n

Une des preuves les plus spectaculaires des premiers rejets d’oxyg\u00e8ne par les cyanobact\u00e9ries, c’est l’apparition des gisements de fer ruban\u00e9<\/strong>. A cette \u00e9poque, le fer \u00e9tait pr\u00e9sent dans l’oc\u00e9an sous forme dissoute, ou dans le sol sous forme de pyrite FeS2<\/sub>. Au contact de l’oxyg\u00e8ne rejet\u00e9 par les cyanobact\u00e9ries, il a pu s’oxyder en Fe2<\/sub>O3<\/sub> ou Fe3<\/sub>O4<\/sub>, pour former ces structures s\u00e9dimentaires noires et rouges, rappelant la rouille, et que l’on voit ci-contre.<\/p>\n

La grande oxydation<\/h3>\n

Pendant quelques centaines de millions d’ann\u00e9es, nos cyanobact\u00e9ries ont donc produit de l’oxyg\u00e8ne qui s’est retrouv\u00e9 imm\u00e9diatement capt\u00e9 par les diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments environnants, notamment le fer. Mais \u00e7a n’a pas dur\u00e9. Une fois tout ce petit monde rassasi\u00e9, il y a environ 2,4 milliards d’ann\u00e9es, l’oxyg\u00e8ne a enfin pu se r\u00e9pandre librement dans l’atmosph\u00e8re, et a finalement atteint le niveau \u00e9norme de \u20260.1%<\/strong>.<\/p>\n

Cela ne parait pas beaucoup, mais il s’agit d’un changement suffisant pour que l’on nomme cet \u00e9v\u00e8nement \u00ab\u00a0la grande oxydation\u00a0\u00bb. Certains l’appellent m\u00eame \u00ab\u00a0la catastrophe de l’oxyg\u00e8ne<\/strong>\u00a0\u00bb ou \u00ab\u00a0la crise de l’oxyg\u00e8ne\u00a0\u00bb. Pourquoi ? Car l’oxyg\u00e8ne est un poison !<\/p>\n

Pour les cyanobact\u00e9ries, l’apparition de l’oxyg\u00e8ne dans l’atmosph\u00e8re n’a pas \u00e9t\u00e9 un grand bouleversement. Mais pour toutes les autres bact\u00e9ries, ce fut une catastrophe. De la m\u00eame mani\u00e8re que l’oxyg\u00e8ne aime se lier \u00e0 tout ce qu’il passe, il attaque la mati\u00e8re organique (c’est pourquoi on nous bassine tant avec les antioxydants pour lutter contre le vieillissement). L’oxyg\u00e8ne a donc rapidement provoqu\u00e9 l’extinction de la plupart des autres esp\u00e8ces<\/strong>, laissant tout le champ libre aux cyanobact\u00e9ries.<\/p>\n

Autre changement catastrophique, le dioxyg\u00e8ne de l’atmosph\u00e8re a r\u00e9agi avec le m\u00e9thane (CH4<\/sub>) de l’atmosph\u00e8re pour former de l’eau et du CO2<\/sub>. Or comme on l’entend parfois, le m\u00e9thane est un tr\u00e8s puissant gaz \u00e0 effet de serre<\/strong>, bien plus que le CO2<\/sub> ou l’eau. Sa disparition de l’atmosph\u00e8re a donc provoqu\u00e9 un refroidissement important et une des plus importantes glaciations de l’histoire de la Terre, la glaciation Huronienne<\/strong>, qui a dur\u00e9 de -2,4 \u00e0 -2,1 milliards d’ann\u00e9es.<\/p>\n

Mais au rayon des bonnes nouvelles, l’apparition de l’oxyg\u00e8ne dans l’atmosph\u00e8re a aussi permis la constitution de la couche d’ozone (O3<\/sub>), qui comme vous le savez nous prot\u00e8ge des effets n\u00e9fastes des rayons UV du soleil.<\/p>\n

Pendant 1 milliard et demi d’ann\u00e9es, la concentration d’oxyg\u00e8ne est ainsi rest\u00e9e \u00e0 un niveau faible, situ\u00e9 probablement entre 0.1% et 1%, avec cependant des fluctuations plus ou moins importantes. Au cours de cette p\u00e9riode de disponibilit\u00e9 de l’oxyg\u00e8ne, les organismes capables de pratiquer la respiration (et donc d’utiliser l’oxyg\u00e8ne disponible pour produire de l’\u00e9nergie) ont peu \u00e0 peu pris le pas sur ceux pratiquant la fermentation. Avant que n’apparaisse une deuxi\u00e8me p\u00e9riode de croissance rapide de la concentration atmosph\u00e9rique d’oxyg\u00e8ne.<\/p>\n

La grande oxydation II, le retour<\/h3>\n

Il y a environ 600 millions d’ann\u00e9es, apr\u00e8s cette longue p\u00e9riode de relative stabilit\u00e9, la quantit\u00e9 d’oxyg\u00e8ne a \u00e0 nouveau cru de mani\u00e8re spectaculaire. Paradoxalement, on n’en sait encore moins sur les causes profonde de cette nouvelle oxydation. Mais nous savons qu’elle a permis \u00e0 la quantit\u00e9 d’oxyg\u00e8ne d’atteindre essentiellement son niveau actuel<\/strong>, de l’ordre de 20%.<\/p>\n

Ce changement a probablement provoqu\u00e9 un des \u00e9v\u00e8nements les plus importants de l’histoire de la vie : l’explosion Cambrienne.<\/strong> Le terme d’explosion para\u00eet sugg\u00e9rer une nouvelle crise, mais c’est du contraire qu’il s’agit : une explosion de diversit\u00e9 ! Avant l’explosion cambrienne, la vie se r\u00e9duisait essentiellement \u00e0 des unicellulaires pas bien passionnants. Mais subitement entre -600 et -500 millions d’ann\u00e9es sont apparus des tas d’organismes complexes commen\u00e7ant \u00e0 ressembler \u00e0 des animaux, comme ceux trouv\u00e9s dans les fossiles du schiste de Burgess (voir mon billet sur le sujet<\/a>). Tout \u00e7a entre autres gr\u00e2ce \u00e0 la disponibilit\u00e9 de tant d’oxyg\u00e8ne !<\/p>\n

\"meganeura\"<\/a>Entre ce moment et aujourd’hui, la concentration en oxyg\u00e8ne a m\u00eame fluctu\u00e9, jusqu’\u00e0 parfois atteindre des valeurs de 30 ou 35%, comme \u00e0 l’\u00e9poque carbonif\u00e8re<\/strong> il y a 300 millions d’ann\u00e9es. \u00c0 ces \u00e9poques charg\u00e9es en oxyg\u00e8ne, on pouvait trouver sur terre des insectes g\u00e9ants, comme Meganeura<\/em>,<\/strong> une libellule de 75cm<\/strong> dont on voit une reconstitution ci-contre.<\/p>\n

Aujourd’hui, la concentration en oxyg\u00e8ne dans l’atmosph\u00e8re semble donc s’\u00eatre stabilis\u00e9e autour de 20%, mais il est encore difficile de comprendre pourquoi cette valeur d’\u00e9quilibre et pas une autre. En tout cas, retenez que pour avoir de l’oxyg\u00e8ne dans son atmosph\u00e8re, il a fallu d’abord que notre plan\u00e8te abrite la vie.<\/p>\n

Ceci fait peut \u00eatre de la Terre la seule plan\u00e8te dans l’Univers dont l’atmosph\u00e8re contient de l’oxyg\u00e8ne !<\/strong> Pensez-y la prochaine fois que vous verrez un mauvais film de science-fiction o\u00f9 des astronautes d\u00e9barquent sur une plan\u00e8te d\u00e9serte, v\u00e9rifient avec leurs appareils que l’atmosph\u00e8re y est respirable, et enl\u00e8vent leur casque !<\/p>\n

Billets reli\u00e9s<\/h4>\n