Dans le dessin animé "Ice Age", nous regardons les aventures amusantes d'un groupe d'animaux hétéroclites pendant la glaciation mondiale. En réalité, les conditions étaient beaucoup plus sévères et les organismes vivants ont fait de leur mieux pour prolonger leur existence. Si nous nous souvenons de la cryogénie, l'âge glaciaire le plus sévère de l'histoire de notre planète, la question évidente se pose alors: comment les organismes vivants y ont-ils survécu? Un groupe de scientifiques de l'Université McGill (Montréal, Canada) a décidé de rassembler toutes les informations disponibles sur la cryogénie et a découvert que les eucaryotes survivaient à travers des «oasis d'oxygène». Quels processus physicochimiques ont contribué à la continuation de la vie sur Terre, et quel rôle l'eau glaciaire fondue a-t-elle joué dans ce processus? Ceci et pas seulement nous apprenons du rapport du groupe de recherche. Allons-y.
Base d'étude
Pour déterminer la cryogénie comme une période de temps, il est nécessaire de démonter une poupée géochronologique de nidification: Précambrienne - Protérozoïque - Néoprotérozoïque - Cryogénie. Il a commencé il y a environ 720 millions d'années et s'est terminé il y a 635 millions d'années, soit a duré 85 millions d'années.
L'âge de glace est un terme collectif, car dans l'histoire de la planète, il y en a eu plusieurs qui se sont produites à différentes époques: Cénozoïque (il y a 20-30 millions d'années); Paléozoïque (il y a 380 à 240 millions d'années); néoprotérozoïque (il y a 900 à 590 millions d'années); Paléoprotérozoïque (2,5-2,2 milliards d'années).
La cryogénie, qui est la deuxième période du Néoprotérozoïque (avant qu'il y ait eu du tonium et après cela - l'édiacaria), ne peut pas être appelée la période glaciaire la plus longue ou la plus froide. Telle était la glaciation huronne, qui a duré environ 300 millions d'années au Paléoprotérozoïque. Cependant, la cryogénie est souvent appelée la glaciation la plus grave. Cela est dû au fait que pendant cette période, presque toute la surface de la Terre était recouverte de glace et de neige, d'où le nom de la théorie "
Snowball Earth ", expliquant ce phénomène.
La cryogénie a été officiellement reconnue relativement récemment, en 1990, elle a été ratifiée par la commission internationale de stratigraphie, qui traite des questions de
stratigraphie * , de géologie et de géochronologie à l'échelle mondiale.
La stratigraphie * est une branche de la géologie visant à déterminer l'âge géologique des couches sédimentaires et volcaniques en couches.
L'amibe fossile (
Arcellinida ), qui se serait développée au cours de cette période, a survécu de la cryogénie à nos jours. De plus, les fossiles d'éponges les plus anciens remontent à la période cryogénique. Malgré la sévérité du climat à cette époque, des algues rouges, des algues vertes, des stramenopili, des ciliés, des dinoflagellés et des amibes à carapace sont apparues. Et à la fin de la cryogenèse, un plancton hétérotrophique s'est formé, se nourrissant d'algues unicellulaires et de procaryotes.
Il convient de noter que la température comme le givrage réel ont moins eu un effet négatif sur la vie pendant la période de cryogenèse. Les océans recouverts de glace sont devenus impropres à la vie en raison du manque d'oxygène. Cependant, puisque nous sommes ici, cela signifie que quelque chose a aidé les eucaryotes à surmonter toutes les difficultés de la période glaciaire et à poursuivre leur développement et leur propagation sur la planète. Dans l'étude que nous envisageons aujourd'hui, les scientifiques ont suggéré que les eucaryotes étaient aidés par les «oasis d'oxygène» formées dans les océans par la fonte des eaux glaciaires. Ils ont effectué une analyse des données géologiques et sont arrivés à la conclusion que cette théorie est absolument vraie.
Les scientifiques notent que dans de nombreuses
successions * de la période cryogénique trouvée sur toute la planète, des gisements de fer (IF provenant
de la formation de
fer ) ont été découverts.
Succession * - une séquence chronologique de couches (couches ou strates) de sol ou de roche sédimentaire. La loi de succession de la faune stipule que les restes d'un Néandertal ne peuvent pas être trouvés dans la même couche de sol que les restes d'un mégalosaure, car ces deux espèces vivaient à des périodes géologiques différentes, séparées par des millions d'années.
Ces découvertes sont d'importantes données géochimiques concernant les processus se produisant dans les océans pendant la période de glaciation. Afin d'obtenir une image générale des processus d'oxydoréduction dans les océans pendant la glaciation extrême, les scientifiques ont collecté des données de neuf successions contenant du FI, de trois paléocontinents (continents anciens), correspondant à ces endroits modernes: Namibie, Australie et États-Unis.
Image n ° 1: lieux sélectionnés pour la recherche, ainsi que leur sédimentologie (étude des roches sédimentaires et des processus de leur formation).Les neuf successions contenant des IF ont démontré des preuves sédimentologiques de sédimentation dans un environnement océanique glacial, y compris une relation stratigraphique avec des sédiments marins recouverts de glace et des
diamictites * contenant
des fragments
ombragés glaciaires * .
Diamiktit * - roche sédimentaire contenant des fragments de roches de différentes tailles.
Éclosion glaciaire * - ensemble de rayures parallèles à la surface de la roche formées par contact avec du sable ou du gravier inclus dans la surface inférieure du glacier. L'éclosion de glace est utilisée pour déterminer le mouvement des glaciers pendant la glaciation.
Les dépôts trouvés dans les échantillons peuvent être divisés en plusieurs groupes selon le mécanisme et la zone de leur formation.
La zone de contact glaciaire est un espace étroit à moins de 2 km de la ligne de base, où les diamictites massives à gros grains sont nombreuses en raison de la fonte de
la glace basale * et des précipitations sur le plateau de glace.
Glace basale * - glace à la base du glacier.
La zone glaciaire-distale (à plus de 10 km de la ligne de base) est principalement caractérisée par des sédiments stratifiés à grains fins obtenus par sédimentation des sédiments en suspension provenant des écoulements d'eau de fonte et
des dépôts de
turbidite * .
Turbidite * - un ensemble de roches sédimentaires formées en eau profonde en raison de la substance transportée par les écoulements turbides.
La zone glaciaire-proximale est intermédiaire entre le contact (où la roche est en contact avec la glace) et le distal. Il existe également des diamictites, mais en plus petit nombre que dans le milieu en contact avec la glace.
La zone de sédimentation des formations étudiées varie en fonction de la région et de la stratigraphie; par conséquent, chaque échantillon contenant du FI a été affecté à un environnement océanique glaciaire (milieu de contact, glace proximale ou glace distale) en fonction des caractéristiques externes dominantes d'un groupe
lithologique * particulier.
Lithologie * - étude de la composition, de la structure, de l'origine et des changements des roches sédimentaires.
Les échantillons de Namibie étaient dominés par des diamictites massives contenant d'abondants fragments multiformes et éclos. À certains endroits, des signes de déformation sous-glaciaire dans un milieu en contact avec la glace ont été trouvés. Les échantillons contenant du FI (
1C ) mélangés à ces diamictites sont en effet riches en fer (Fe). Cependant, certains d'entre eux contenaient moins de diamictites, mais davantage de sédiments marins de fond, indiquant une gamme de conditions de sédimentation allant du contact glaciaire à la zone glaciaire-distale.
Les échantillons d'Australie du Sud (
1D ) sont caractérisés par la présence de diamictites avec des débris surdimensionnés, des
siltstones * et des
schistes * contenant des
dropstone * .
La pierre calcaire * est une roche sédimentaire solide formée de roche sédimentaire finement détritique meuble (c'est-à-dire de siltstone) pendant la lithification (conversion de sédiment meuble en roche dure).
L'ardoise * est une roche avec une structure en couches composée de différents minéraux.
Dropstone * - un morceau de roche tombé de la fonte de la glace flottante ( goutte - goutte et pierre - pierre).
Les échantillons de Californie (USA) sont principalement constitués de grès et de siltstones turbiditiques, ainsi que de petites diamictites. Les roches contenant du FI dans les échantillons provenant des États-Unis sont assez minces (moins de 5 m) et mélangées à des siltstones, des grès et des sédiments à débit massique, indiquant une origine glaciaire-distale. Cependant, de rares dépôts contenant du FI associés à des diamictites massives sont associés à la zone glaciaire-distale (
1E ).
D'après les observations ci-dessus, il s'ensuit que des dépôts contenant de l'IF sont présents dans tous les échantillons dans l'une ou l'autre quantité.
Image 2: Tracés redox de gisements de fer (IF).Pour créer une image générale des processus redox pendant la période de glaciation, des données élémentaires et isochimiques-géochimiques des gisements de fer ont été collectées par balayage pétrographique.
Les dépôts de fer (IF) sont de l'hématite à grains fins (Fe2O3) avec des impuretés sous forme de ciment siliceux et de détritus. La précipitation de ces dépôts se produit en raison de l'oxydation du fer dissous dans l'eau de mer.
Les données géochimiques de l'IF démontrent une séquence claire, qui peut s'expliquer par la proximité relative de la ligne de contact de la glace et de la roche, et cela peut indiquer l'existence d'un certain gradient de réactions redox (OVR).
Les IF en contact avec la glace sont donc les plus enrichis en fer (
2A ). Le fait de la présence de fer dans les dépôts, malgré le taux élevé de dépôt de détritus dans les zones de contact de la glace et de la roche, indique un processus rapide d'oxydation du fer dans ces conditions.
Comme le fer, le manganèse (Mn) est un métal sensible aux OVR qui est soluble dans des conditions sans oxygène, formant des oxydes en présence d'O
2 . Les oxydes de manganèse subissent rapidement une dissolution réductrice en présence de fer ferreux dans l'eau de mer. Par conséquent, l'enrichissement en oxyde de manganèse peut être associé à un courant d'eau oxygénée.
La variabilité OVR de l'eau de mer est également confirmée par la géochimie des éléments des terres rares présents dans les IF, comme le cérium (Ce). Le cérium est épuisé dans l'eau de mer dans des conditions d'oxygène, par rapport aux terres rares insensibles aux OVR en raison de la purification oxydative, ce qui conduit à des
anomalies de cérium * (Ce
n / Ce
n * <1) dans l'eau de mer oxygénée.
L'anomalie du cérium * est un phénomène en géochimie dans lequel la concentration de cérium (Ce) diminue ou augmente dans la roche par rapport à d'autres terres rares.
Cette observation confirme également la présence d'eau de mer enrichie en oxygène à proximité des zones de givrage.
Les compositions isotopiques de Fe des gisements de fer étudiés donnent une idée supplémentaire de la dynamique du SIR dans le milieu marin de la période cryogénique. Les FI ont une très large gamme d'isotopes (
2D ) avec des valeurs de δ
56 Fe extrêmement faibles (jusqu'à -1,8 ‰) et des valeurs anormalement élevées (jusqu'à 2,7 ‰). Des valeurs négatives impressionnantes de δ
56 Fe (valeur moyenne de δ
56 Fe = −0,57 ‰; n = 14) ont été trouvées exclusivement dans des échantillons de la zone de contact glace - roche. Tous les autres échantillons ont une valeur positive de δ
56 Fe: la valeur moyenne de δ
56 Fe = 1,1 ‰, n = 21 (zone glacio-proximale); la valeur moyenne de δ
56 Fe = 1,5; n = 46 (zone glaciaire-distale). Cela suggère que la valeur augmente lorsqu'elle est séparée de la zone de contact de glace et de roche.
En résumant les résultats ci-dessus (enrichissement redox des métaux, anomalies Ce et isotopes Fe), on peut voir une tendance à augmenter l'oxygénation (enrichissement en oxygène) de l'eau de mer au voisinage immédiat de la calotte glaciaire. Par conséquent, la source d'O
2 est la calotte glaciaire elle-même, qui s'est formée à la suite du compactage de la neige. À la suite de ce processus, des bulles d'air ont été «capturées» dans la glace.
L'eau glaciaire fondue peut se former à partir de la couche supérieure du glacier, de la base du glacier et de la base de la plate-forme de glace par les écoulements géothermiques, la pression et le chauffage par friction. En conséquence, nous obtenons une eau de fonte riche en oxygène qui leur fournit l'environnement sous le glacier.
Image 3: Le schéma de lixiviation de l'eau basale riche en oxygène dans un environnement sans oxygène sous un glacier.Le mélange d'eau de fonte riche en oxygène avec de l'eau basale explique complètement les processus géochimiques associés aux gisements de fer (IF), ainsi que leur localisation. Par conséquent, les dépôts de fer sont une preuve directe de la théorie des «oasis d'oxygène» sous-glaciaires.
Et en effet, malgré les conditions climatiques extrêmement difficiles, la vie sur la planète n'a pas seulement cessé d'exister, mais a également continué de se développer. L'analyse des fossiles de la cryogenèse a montré qu'au cours de cette période, de nombreux organismes eucaryotes se sont formés, notamment des
archéplastidans , des
opisthokontes et des
amoebozoans .
Beaucoup de ces eucaryotes sont des aérobies, car l'oxygénation de l'environnement sous-glaciaire par l'eau de fonte était une base extrêmement importante pour maintenir la vie. Les oasis d'oxygène pourraient s'étendre sur plusieurs kilomètres, comme en témoignent les observations modernes de la périphérie glacée de l'Antarctique. Il s'ensuit qu'un tel habitat pourrait être non seulement grand, mais aussi plus stable que les fissures glaciaires, qui sont mentionnées dans d'autres théories de l'oxygénation.
Compte tenu du fait que la disponibilité d'O
2 est vitale pour le développement d'une vie multicellulaire complexe, on peut supposer que les oasis d'oxygène étaient des
refuges importants
* pour les premiers animaux.
Le refuge * est une zone d'habitat où une espèce biologique ou un groupe d'espèces a survécu ou connaît une période de temps géologique défavorable pour elle. On pense que dans le refuge, l'espèce peut être préservée et même se propager à partir d'elle.
Des études modernes sur
les horloges moléculaires * montrent que la nature multicellulaire des animaux s'est développée avant même la cryogenèse.
Horloge moléculaire * - une méthode de datation des événements phylogénétiques (relations évolutives entre espèces), basée sur l'hypothèse que des changements évolutifs significatifs des monomères dans les biomolécules se produisent à un rythme presque constant.
Les premiers animaux étaient probablement benthiques (en bas), étant donné que les éponges sont considérées comme le trésor basal des animaux. Sur cette base, les scientifiques suggèrent que l'oxygénation de l'environnement océanique sous-glaciaire était un processus important dans le développement et la propagation de la macro-faune benthique. De plus, l'approvisionnement en eau douce décongelée pourrait également aider à réduire le degré de salinité, ce qui est important pour les premières éponges. L'habitat des éponges modernes est assez large et diversifié, mais les caractéristiques biologiques de leurs ancêtres restent un mystère. Par conséquent, il est difficile de dire s'ils pouvaient vivre dans un environnement super salin, qui s'est formé en raison du givrage de la surface de l'océan.
Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le
rapport des scientifiques .
Épilogue
La cryogénie était loin d'être la période la plus facile pour les espèces biologiques de notre planète. Néanmoins, la vie a trouvé un moyen de sortir de la situation - faire fondre de l'eau douce, saturée d'oxygène, mélangée à l'océan, qui a donné naissance à un habitat qui était acceptable pour la survie et même le développement.
Pour révéler le secret de la survie des eucaryotes dans la période glaciaire la plus sévère, les dépôts de fer ont aidé, qui, comme des photographies d'un passé lointain, contenaient de précieuses informations géochimiques sur les processus qui se sont déroulés il y a des millions d'années.
Selon les chercheurs eux-mêmes, leurs travaux ont permis non seulement de percer le mystère de la survie des organismes en cryogénie, mais aussi d'expliquer la réapparition de gisements de fer dans des échantillons géologiques, jusque-là absents depuis environ 1 milliard d'années.
L'oxygène, bien sûr, est très important pour la survie, mais en plus de cela, de la nourriture est également nécessaire. Les scientifiques ont l'intention de poursuivre leurs recherches afin de découvrir ce que les eucaryotes mangeaient pendant la cryogenèse.
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