Quatre indices, une date

Exercice de TD · niveau 2 · enseignement scientifique (terminale), chapitre 1 — L'atmosphère terrestre et la vie

Énoncé

On dispose de quatre observations indépendantes.

Doc. A — Des grains d'uraninite ( $UO X_{2}$ ) et de pyrite ( $FeS X_{2}$ ) sont trouvés dans des sédiments de rivière de $3, 0$ milliards d'années. Ces minéraux sont détruits en quelques heures par une eau aérée. On n'en trouve plus dans les sédiments postérieurs à $2, 3$ milliards d'années.
Doc. B — Les fers rubanés, riches en oxydes de fer, sont déposés en grande quantité entre $3, 8$ et $1, 8$ milliards d'années, avec un maximum vers $2, 5$ milliards d'années.
Doc. C — Les premiers sols fossiles de couleur rouge, colorés par de l'oxyde de fer $Fe X_{2} O X_{3}$ , apparaissent vers $2, 2$ milliards d'années.
Doc. D — Une signature isotopique particulière du soufre, qui ne peut se former que sous un rayonnement ultraviolet intense atteignant le sol, disparaît des sédiments vers $2, 45$ milliards d'années.

1. Pour chaque document, dire s'il indique une absence ou une présence de dioxygène, et à quelle période. 2. Le document B ne mentionne pas de date de bascule nette. Quelle information apporte-t-il malgré tout ? 3. Le document D ne parle pas de dioxygène mais d'ultraviolets. Expliquer pourquoi il est néanmoins un indicateur du dioxygène. 4. Que gagne-t-on à disposer de quatre indices plutôt que d'un seul ?

Corrigé

1. Doc. A : la présence de ces minéraux fragiles dans des sédiments transportés à l'air libre prouve une absence de dioxygène avant $2, 3$ Ga ; leur disparition ensuite indique son arrivée. Doc. C : un sol rouge suppose l'oxydation du fer à l'air libre, donc une présence de dioxygène après $2, 2$ Ga. Doc. D : un ultraviolet intense atteignant le sol suppose l'absence de couche d'ozone, donc l'absence de dioxygène, avant $2, 45$ Ga.

2. Le document B date la période pendant laquelle le dioxygène produit était immédiatement consommé par le fer dissous dans l'océan. Il n'indique pas la date d'apparition du dioxygène dans l'atmosphère, mais il explique le retard entre l'apparition de la photosynthèse (vers $3, 5$ Ga) et l'oxygénation de l'air (vers $2, 4$ Ga) : pendant un milliard d'années, l'océan a servi de puits. Le maximum vers $2, 5$ Ga suggère un emballement de la production juste avant la saturation.

3. Parce que la couche d'ozone est fabriquée à partir du dioxygène, comme le montre le cycle de Chapman. Pas de dioxygène, pas d'ozone ; pas d'ozone, ultraviolets au sol. La disparition de la signature isotopique du soufre date donc l'apparition d'une couche d'ozone, et par conséquent celle d'une teneur significative en dioxygène. C'est un indice indirect, mais d'autant plus intéressant qu'il repose sur un tout autre mécanisme que les trois autres.

4. On gagne la robustesse. Chaque indice pris isolément peut recevoir une explication alternative : un biais d'échantillonnage, un changement climatique, une évolution de la tectonique. Il est en revanche très improbable que quatre indices reposant sur quatre mécanismes physiques et chimiques indépendants basculent tous à la même date pour des raisons différentes. C'est ce type de convergence qui fonde la certitude en sciences historiques de la nature, où l'expérience de laboratoire est impossible.

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