Fiche de révision : Atmosphère terrestre et apparition de la vie

📋 Plan du Cours

1. Formation de la Terre et de son atmosphère
2. Atmosphère primitive et formation des océans
3. Évolution de la composition atmosphérique
4. Photosynthèse et oxygénation terrestre
5. Formation et rôle de la couche d’ozone
6. Altération humaine de l’ozone

📖 1. Formation de la Terre et de son atmosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Accrétion : L’agglomération de gaz, de poussières ou d’objets célestes attirés les uns vers les autres par gravité.

★ À maîtriser

• La Terre s’est formée par accrétion de divers objets célestes il y a 4,6 Ga.

Compléments

• Lors de l’accrétion terrestre, l’énergie mécanique des poussières en mouvement s’est convertie en énergie thermique, dont la dissipation a produit un flux thermique très intense sur la jeune Terre.

• Après sa formation, la Terre s’est structurée par migration des éléments légers vers la surface et des éléments lourds vers le centre.

💡 Astuce mémo

Accrétion → échauffement → différenciation interne

📖 2. Atmosphère primitive et formation des océans

🔑 Notions clés & Définitions

• Actualisme : Le principe selon lequel des phénomènes observables aujourd’hui existaient dans le passé et produisaient les mêmes effets.

★ À maîtriser

• Après l’échappement de l’hydrogène et de l’hélium, l’atmosphère s’est concentrée en H₂O, CO₂ et N₂, tandis que des apports météoritiques et cométaires ont pu modifier sa composition.

• L’hydrosphère terrestre a une origine extraterrestre, par apport d’eau des météorites et comètes, et une origine interne, par dégazage de la vapeur d’eau du manteau primitif.

• Environ 150 millions d’années après la formation de la Terre, la diminution du flux thermique interne a refroidi la surface, permis la formation d’une croûte solide et entraîné la condensation de la vapeur d’eau en précipitations puis en océan primitif liquide.

Compléments

• L’atmosphère primitive terrestre, héritée du disque protoplanétaire, a rapidement perdu ses gaz les plus légers, l’hydrogène et l’hélium, car la Terre était petite et proche du Soleil.

💡 Astuce mémo

Refroidissement → condensation de l’eau → océans liquides

📖 3. Évolution de la composition atmosphérique

★ À maîtriser

• L’atmosphère primitive avait une composition dominée par H₂O (85 ± 5 %) et CO₂ (15 ± 5 %), avec 1 à 4 % de N₂ et aucun O₂ ni O₃.

• L’atmosphère actuelle contient 78 % de N₂, 21 % de O₂, 1 à 3 % de H₂O, 0,03 % de CO₂ et 0,04 ppm de O₃.

• La composition atmosphérique a évolué par diminution de la vapeur d’eau, puis du CO₂ en partie dissous dans l’eau liquide, avant l’apparition du O₂ puis de l’O₃.

Compléments

• La pression atmosphérique totale a fortement diminué depuis la formation de la Terre et est stable depuis plusieurs millions d’années à 1 atm au niveau du sol.

💡 Astuce mémo

H₂O diminue, CO₂ diminue, O₂ apparaît, puis O₃

📖 4. Photosynthèse et oxygénation terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Atmosphère anoxique : Une atmosphère, ou réductrice, est dépourvue de dioxygène.

★ À maîtriser

• Des formations océaniques de fers rubanés (BIF), datées d’environ 3,5 milliards d’années, indiquent l’oxydation du fer océanique Fe²⁺ en Fe³⁺, amorcée autour de −3,8 Ga.

• Les cyanobactéries ont capté du CO₂ par photosynthèse, produit leur matière organique et rejeté du dioxygène, d’abord accumulé dans les océans où il a oxydé le fer et contribué à la formation des BIF.

• À partir de −2,4 Ga, le dioxygène accumulé dans les océans a diffusé dans l’atmosphère et oxydé le fer continental, formant des ions Fe³⁺ insolubles qui ont précipité en sols rouges.

Compléments

• Les stromatolithes, parmi les plus anciennes formations d’origine biologique, sont des structures calcaires aquatiques créées par des cyanobactéries.

• La concentration actuelle de dioxygène atmosphérique a été atteinte il y a environ 0,5 Ga et reste stabilisée par l’équilibre entre la photosynthèse, source d’O₂, et la respiration ainsi que les combustions, puits d’O₂.

💡 Astuce mémo

Photosynthèse → O₂ océanique → O₂ atmosphérique

📖 5. Formation et rôle de la couche d’ozone

★ À maîtriser

• Sous l’effet des UV solaires, le dioxygène se dissocie en oxygène atomique, puis celui-ci s’associe au dioxygène pour former de l’ozone : $O_2 \rightarrow O + O$ puis $O_2 + O \rightarrow O_3$.

• L’ozone absorbe les UV correspondant aux longueurs d’onde absorbées par l’ADN et empêche ainsi ces rayonnements de dénaturer l’ADN et de provoquer leurs effets mutagènes.

• La protection contre les UV par la couche d’ozone a permis aux êtres vivants, jusque-là majoritairement océaniques, de coloniser les milieux continentaux.

Compléments

• La concentration d’ozone est maximale vers 30 km d’altitude, dans la couche stratosphérique de l’atmosphère.

💡 Astuce mémo

Ozone stratosphérique → absorption des UV → protection de l’ADN

📖 6. Altération humaine de l’ozone

★ À maîtriser

• Les CFC présents notamment dans les aérosols et les réfrigérateurs réduisent la couche d’ozone et ont une durée de vie de 50 à 100 ans.

• En 1987, le protocole de Montréal a instauré un accord international ratifié pour éliminer complètement les substances qui réduisent la couche d’ozone.

Compléments

• Depuis le protocole de Montréal, le trou de la couche d’ozone ne cesse de décroître et ce traité est le premier à avoir atteint une ratification universelle.

• L’ozone troposphérique est formé par la dégradation du monoxyde d’azote (NO) et des composés organiques volatils (COV) liée notamment à la circulation routière, aux activités industrielles et à la combustion de combustibles fossiles.

• L’ozone troposphérique est nocif pour les êtres vivants : il provoque des irritations respiratoires et des problèmes cardiaques chez l’humain, et ralentit la croissance des plantes.

💡 Astuce mémo

Ozone stratosphérique protecteur, ozone troposphérique nocif

📊 Tableaux de synthèse

Composition des atmosphères primitive et actuelle