Contraindre l'évolution précoce des voies photosynthétiques de la Terre : une approche isotopique

Constraining the early evolution of Earth’s photosynthetic pathways : an isotopic approach

• Auteur / Autrice : Laureline Patry
• Direction : Christophe Hémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géo-Océan (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Magali Ader
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Hémond, Magali Ader, Catherine Chauvel, Pascal Philippot, Pierre Bonnand, Bleuenn Guéguen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Chauvel, Pascal Philippot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photosynthèse

Sédiments (géologie) -- Analyse

Géochimie isotopique

Mots clés libres

Archéen

Photosynthèse

Oxygène

Géochronologie La-Ce

Archean

Photosynthesis

Oxygen

La-Ce geochronology

Résumé

Ce travail de thèse s'est concentré sur de nouvelles signatures géochimiques et isotopiques préservées dans des roches sédimentaires chimiques et d'autres sédiments marins du Craton Supérieur canadien, déposés entre 2,93 et 2,8 Ga, afin de mieux comprendre l'évolution des voies photosynthétiques sur la Terre primitive. La chimiostratigraphie isotopique du fer des carbonates stromatolithiques et des sédiments d'eaux profondes préservés dans une carotte de la ceinture de schistes verts de Red Lake (2,93Ga) révèle un cycle complexe d'oxydoréduction du fer sur un transect de faible profondeur grande profondeur, avec un couplage entre le cycle du fer et du soufre qui est mieux expliqué par l'activité photosynthétique marine. Les données de REE de trois plateformes carbonatées (2,93 Ga Red Lake, 2,86 Ga Woman Lake et 2,80 Ga Steep Rock Lake) représentant les plus anciennes plateformes carbonatées épaisses connues sur Terre, fournissent des preuves de processus estuariens, d'apports hydrothermaux et, surtout, de la production d'oxygène libre, comme le montrent d'importantes anomalies négatives en Ce d'une ampleur sans précédent pour l'Archéen. La géochronologie La-Ce de haute précision a été appliquée avec succès aux échantillons des trois sites, produisant trois isochrones claires qui datent le fractionnement La/Ce, et donc l'oxydation du Ce, au moment du dépôt.

This PhD work focused on novel geochemical and isotopic signatures preserved in chemical sedimentary rocks and other marine sediments from the Canadian Superior Craton, deposited between 2.93 and 2.8 Ga, to better understand the evolution of photosynthetic pathways on the early Earth. Iron isotopechemostratigraphy of stromatolitic carbonates and deep-water sediments preserved in drill core from the 2.93 Ga Red Lake Greenstone Beltreveals complex iron redox cycling across a shallow-to-deep transect, with coupling between Fe and S cycling that is best explained by offshorephotosynthetic activity. Comparative REE systematics of three Mesoarchean carbonate platforms of the Superior Craton (2.93 Ga Red Lake, 2.86 Ga Woman Lake, and 2.80 Ga Steep Rock Lake) and representing Earth’s earliest known large carbonate platforms, provide clear evidence for estuarine processes,hydrothermal inputs, and crucially, for the production of free oxygen, as tracked by important negative Ce anomalies of unprecedented magnitude for the Archean. High-precision La-Ce geochronology was successfully applied to samples from all three sites, yielding three clear isochrons that constrain the timing of La/Ce fractionation, and thus Ce oxidation, to the time of deposition. These results constitute the first geochronological constraint on the origin of oxygenic photosynthesis and place it firmly within the Mesoarchean, with important implications for our current understanding of Earth’s biological and geochemical evolution.