Non seulement l'oxygène était déjà présent dans l'atmosphère terrestre il y a 2,8 milliards d'années, mais sa teneur a fluctué de façon non négligeable avant l'explosion cambrienne. Ces résultats surprenants viennent d'une étude géochimique des isotopes du chrome piégés dans des roches déposées dans les océans au cours de l'Archéen.

Jusqu'à maintenant, il était admis que le taux d'oxygène n'avait commencé à croître qu'entre – 2,45 et – 2,2 milliards d'années environ. En effet, ce n'est qu'à ce moment que les organismes photosynthétiques seraient devenus suffisamment nombreux pour libérer des grandes quantités d'oxygène dans les océans. Les gisements de fer rubanné (BIF, banded iron formation) déposés à cette période en seraient la preuve. L'océan mondial contenait alors beaucoup de fer en solution et celui-ci a réagi avec l'oxygène pour précipiter. Cette période a été désignée par le terme de Grande Oxydation ou de crise de l'oxygène car, pour de nombreux organismes, la quantité d'oxygène était toxique. Le fer n'ayant rapidement plus été en mesure de capturer l'oxygène dégagé, celui-ci a commencé à dégazer dans l'atmosphère à partir de l'océan saturé. Le taux d'oxygène serait alors resté constant jusqu'entre – 800 et – 542 millions d'années, période à laquelle l'atmosphère s'est brutalement enrichie en oxygène. C'est vers la fin de cet événement que s'est produite la fameuse explosion cambrienne.

Avant la grande oxydation, l'atmosphère recélait un peu d'oxygène provenant de la photodissociation des molécules d'eau atmosphérique sous l'action du rayonnement solaire. Bien que les stromatolithes ne soient apparues que peu de temps avant, il n'y avait pas de source de grande production d'oxygène, du moins est-ce ce qu'on croyait…

Afin de suivre l'évolution de l'oxygène dans l'atmosphère, une équipe de géochimistes s'est attaché aux isotopes du chrome piégés dans les sédiments riches en fer. La quantité des ces isotopes dans l'eau de mer dépend du taux d'altération et d'érosion des roches continentales par les eaux de pluie, donc du taux d'oxygène atmosphérique. Les résultats sont surprenants :

·      le taux d'oxygène a augmenté plus tôt qu'on ne le croyait, il y a 2,8 milliards d'années

·      après la crise de l'oxygène, ce taux a chuté

Selon les chercheurs, l'augmentation précoce de l'oxygène montre une situation très instable avec des fluctuations et de brefs épisodes d'oxygène libre dans l'atmosphère.

Les données soutiennent que l'explosion cambrienne est bien concomitante d'une brusque élévation du temps d'oxygène atmosphérique.