CE49 - Planétologie, structure et histoire de la Terre

L'émergence de la vie animale en conditions dysoxiques : les isotopes de U comme nouvelle clé de lecture – DYSOXIA

La vie animale a-t-elle émergé dans des océans pauvres en oxygène ?

Toute forme de vie animale a besoin d’oxygène (O2) pour respirer. Cependant, l’histoire de l’oxygénation des océans à l’Ediacarien, le berceau de la vie animale (~650 – 541 millions d’années) est encore très débattue. L’ampleur des zones anoxiques (sans O2) est peu contrainte, et celle des zones dysoxiques (pauvres en O2) est inconnue. Le projet a pour but d’affiner notre connaissance et de mieux comprendre la relation entre oxygénation océanique et émergence des premières communautés animales.

Reconstruire les taux d’oxygénation dans les environnements métazoaires (animaux)

Les outils dont nous disposons pour reconstruire l’oxygénation des environnements anciens reposent principalement sur les teneurs sédimentaires en métaux traces et leurs compositions isotopiques préservées dans les roches anciennes. Ces traceurs nous permettent de distinguer les conditions oxygénées des conditions strictement anoxiques, mais les stades intermédiaires (dysoxiques) restent invisibles à ces traceurs. Un premier objectif de ce projet est de calibrer un nouvel outil, qui repose sur l’isotopie de l’uranium (U), afin de pouvoir identifier les conditions dysoxiques dans les océans passés. Le second objectif du projet est de mettre en lien la composition isotopique en U (d238U) mesurée dans les roches sédimentaires anciennes avec la distribution des fossiles de métazoaires préservés dans ces mêmes piles sédimentaires, afin de redéfinir les liens entre disponibilité en O2 et évolution de la vie animale.

Les variations en d238U mesurées dans les roches sédimentaires anciennes proviennent de fractionnements isotopiques (c’est-à-dire la répartition des isotopes de U) intervenant lors de processus d’oxydoréduction et pendant la diagénèse des sédiments. Ces fractionnements sont encore peu quantifiés et la calibration de l’outil passe par leur détermination expérimentale.

Ce travail implique la synthèse de minéraux typiques de conditions pauvres en oxygène, principalement des minéraux partiellement réduits et riches en fer (rouilles vertes, magnétite, mackinawite, greenalite…), et leur réaction avec l’uranium en solution dans une boite à gants anoxique. Au cours de la réaction de réduction de U par ces minéraux, puis pendant leur transformations diagénétiques, les phases dissoutes et solides sont séparées et leurs signatures isotopiques déterminées par MC-ICP-MS, afin de déterminer le fractionnement isotopique associé à chaque étape réactionnelle. La minéralogie est quantifiée par MET et DRX.

Nos résultats préliminaires montrent que la réduction abiotique de U dans les milieux anoxiques et riches en H2S est accompagnée par un fractionnement isotopique de l’ordre de 2‰. D’autres expériences sont en court d’analyse.

Le projet inclut le PI (Romain Guilbaud), une chercheuse post-doctorale (Pauline Méjean) qui travaille sur le développement et l’analyse de d238U dans les roches sédimentaires anciennes, et une étudiante M2 (Loren Tessier) qui travaille sur la détermination expérimentale des fractionnements isotopiques en U intervenant dans une palette de conditions appauvries en oxygène.

Guilbaud R., Boulard E., Baptiste B., Delbes L., Menjot L. and Guarnelli Y. (2023) Burial of Fe bearing precursors to ‘chemical sediments’ in the deep past. In Goldschmidt 2023 Conference. GOLDSCHMIDT.

L’émergence de la vie complexe (e.g. métazoaires) requiert la transition d’environnements dépourvus d’oxygène (anoxiques) de la Terre précoce aux environnements riches en oxygène que l’on connaît aujourd’hui. Nos outils actuels nous permettent l’identification des conditions océaniques extrêmes (anoxiques ou oxiques), mais pas les conditions intermédiaires (dysoxiques), qui ont pu caractériser la chimie des océans dans lesquels la vie complexe a évolué. Récemment, nous avons démontré la présence de zones d’oxygène minimum lors de l’émergence animale à la fin du Précambrien. Le projet se focalisera sur la calibration et l’application des isotopes de U pour identifier les conditions dysoxiques dans ces systèmes, afin de comprendre les liens entre disponibilité en oxygène et évolution animale. Le projet intervient à une période clé du débat autour de ces liens et permettra une avancée significative dans la reconstruction des paléoenvironnements au cours des temps géologiques.

Coordination du projet

Romain Guilbaud (Géosciences Environnement Toulouse)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

GET Géosciences Environnement Toulouse

Aide de l'ANR 265 529 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2021 - 48 Mois

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