Fiche de révision : Atmosphère, carbone et climat

📋 Plan du Cours

1. Atmosphère primitive et actuelle
2. Réservoirs du cycle du carbone
3. Flux et perturbations du carbone
4. Origine du dioxygène
5. Formation et rôle de l’ozone
6. Oxygénation de la Terre

📖 1. Atmosphère primitive et actuelle

★ À maîtriser

• Il y a 4,6 Ga, l’atmosphère primitive était principalement composée d’eau (H2O), de dioxyde de carbone (CO2) et de diazote (N2), issus notamment des météorites et du volcanisme terrestre.

• L’atmosphère actuelle contient 78 % de diazote (N2), 21 % de dioxygène (O2) et des traces d’eau (H2O), de dioxyde de carbone (CO2), de méthane (CH4) et de protoxyde d’azote (N2O).

Compléments

• Le refroidissement de la Terre primitive a transformé la vapeur d’eau en eau liquide environ 150 Ma après sa formation, ce qui a formé les océans et diminué le CO2 atmosphérique par dissolution.

💡 Astuce mémo

Atmosphère primitive riche en H2O et CO2, atmosphère actuelle riche en N2 et O2

📖 2. Réservoirs du cycle du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle du carbone : Correspond aux échanges de carbone entre l’atmosphère, les sols, les océans, la biosphère et les roches, ces échanges étant quantifiés par des flux en gigatonnes par an.

📝 Points essentiels

• Les principaux réservoirs superficiels du carbone sont:

  • l’atmosphère
  • la biosphère
  • l’hydrosphère
  • les roches carbonées
  • les roches carbonatées

• Les stocks de carbone indiqués sont de 750 GT dans l’atmosphère, 2 303 GT dans la biosphère, 38 000 GT dans l’hydrosphère, 14 200 000 GT dans les roches carbonées et 77 500 000 GT dans les roches carbonatées.

💡 Astuce mémo

Un carbone qui circule entre cinq grands réservoirs terrestres

📖 3. Flux et perturbations du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustibles fossiles : Se sont formés à partir du carbone d’êtres vivants sur plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d’années et sont présentés comme des énergies renouvelables à l’échelle d’une vie humaine.

📝 Points essentiels

• Les principaux échanges de carbone sont: la photosynthèse, la respiration, le dégazage, la fermentation, la dissolution, la sédimentation de squelettes calcaires, la fossilisation de débris végétaux ou de phytoplancton, le volcanisme

📌 L’utilisation humaine des combustibles fossiles perturbe le cycle du carbone et augmente la concentration de CO2 atmosphérique.

💡 Astuce mémo

Combustion fossile → hausse du CO2 atmosphérique

📖 4. Origine du dioxygène

📝 Points essentiels

📐 Formule — La respiration cellulaire suit la réaction $6O_2 + C_6H_{12}O_6 \rightarrow énergie + 6CO_2 + 6H_2O$.

📐 Formule — La photosynthèse suit la réaction $6CO_2 + 6H_2O + énergie \rightarrow 6O_2 + C_6H_{12}O_6$.

• Les cyanobactéries sont apparues dans l’eau et leur métabolisme photosynthétique a produit du dioxygène, qui s’est progressivement accumulé dans l’hydrosphère puis dans l’atmosphère.

💡 Astuce mémo

Photosynthèse → O2 dans l’eau → O2 dans l’atmosphère

📖 5. Formation et rôle de l’ozone

📝 Points essentiels

• Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène est transformé en ozone dans la stratosphère, à environ 30 km d’altitude, selon la réaction $3O_2 \rightarrow 2O_3$.

📌 La couche d’ozone absorbe une partie des rayonnements UV-c, UV-b et UV-a, qui sont les plus nocifs pour l’ADN, et protège ainsi les êtres vivants de leurs effets mutagènes.

💡 Astuce mémo

UV solaires → ozone stratosphérique → protection de l’ADN

📖 6. Oxygénation de la Terre

📝 Points essentiels

• Les premières traces de vie, constituées de stromatolithes fossiles dus à l’activité de cyanobactéries, sont datées d’au moins 3,5 Ga.

• Les formations de fer rubané se sont formées entre 3,5 et 2,4 Ga par oxydation du fer réduit soluble en fer oxydé insoluble sous l’effet du dioxygène libéré par les cyanobactéries dans l’eau.

• À partir de 2,4 Ga, l’atmosphère devient oxydante après l’accumulation progressive du dioxygène produit par les cyanobactéries.

💡 Astuce mémo

Vie aquatique → fers rubanés → atmosphère oxydante

📊 Tableaux de synthèse

Atmosphères primitive et actuelle