Fiche de révision : Atmosphère terrestre et cycle du carbone

📋 Plan du Cours

1. Formation et composition de l’atmosphère
2. Origine et accumulation du dioxygène
3. Équilibre dynamique du dioxygène
4. Ozone stratosphérique et protection
5. Réservoirs et flux du carbone
6. Combustibles fossiles et déséquilibre

📖 1. Formation et composition de l’atmosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Principe d’actualisme : Le principe d’actualisme consiste à comparer des phénomènes actuels à des phénomènes anciens pour interpréter le passé.

★ À maîtriser

• L’atmosphère primitive contenait 85 % d’eau, 10 % de CO₂ et 5 % de N₂, et était dépourvue de dioxygène.

• Le refroidissement de la Terre a liquéfié la quasi-totalité de l’eau atmosphérique, dont les pluies ont formé les océans ; le CO₂ s’est progressivement dissous dans l’eau et le diazote est devenu majoritaire.

• L’atmosphère actuelle contient 78 % de N₂, 21 % d’O₂, 0,03 % de CO₂ et des traces de H₂O, de CH₄ et de N₂O.

Compléments

• L’atmosphère primitive s’est formée par dégazage de la planète lors d’éruptions volcaniques et par les apports des chondrites.

• La ressemblance entre des rides de courant actuelles à Lacanau et celles observées dans une roche sédimentaire australienne datée de 2,7 Ga indique la présence d’eau lors de la formation de cette roche.

💡 Astuce mémo

85 % d’eau → refroidissement et pluies → océans

📖 2. Origine et accumulation du dioxygène

★ À maîtriser

• Les cyanobactéries présentes dans les stromatolithes produisent du dioxygène par photosynthèse ; cette production est attestée par la formation de fers rubanés à partir de 3,5 Ga.

• Les fers rubanés témoignent de l’oxydation des ions Fe²⁺ en hématite rouge par le dioxygène.

• L’épuisement progressif des ions Fe²⁺ a ralenti leur oxydation et permis l’accumulation du dioxygène dans l’océan, puis dans l’atmosphère à partir d’environ 2,4 Ga.

Compléments

📐 Formule - L’oxydation des ions ferreux par le dioxygène suit l’équation $4Fe^{2+} + O_2 + 4H_2O \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8H^+$.

• La formation des paléosols rouges et l’arrêt de la formation des uraninites signalent la présence de dioxygène dans l’atmosphère.

• La concentration atmosphérique en dioxygène a atteint sa valeur actuelle, 21 %, autour de 500 Ma.

💡 Astuce mémo

Photosynthèse → oxydation du fer → accumulation de l’O₂

📖 3. Équilibre dynamique du dioxygène

★ À maîtriser

• Les échanges de dioxygène se font principalement entre l’atmosphère et les êtres vivants par la photosynthèse et la respiration.

📌 La teneur en dioxygène reste stable lorsque les flux entre ses sources et ses puits s’équilibrent.

Compléments

• Les sources de dioxygène citées sont :

  • l’ozone
  • l’eau
  • le phytoplancton
  • les végétaux

• Les puits de dioxygène cités sont :

  • les végétaux
  • les animaux
  • le phytoplancton
  • le volcan
  • les minéraux oxydés
  • la combustion des carburants fossiles
  • les océans
  • l’ozone

📖 4. Ozone stratosphérique et protection

★ À maîtriser

• Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, une partie du dioxygène se dissocie et entraîne la formation d’ozone, qui s’accumule dans la stratosphère vers 30 km d’altitude.

• La couche d’ozone stratosphérique absorbe en grande partie les ultraviolets, notamment les UV-C.

Compléments

• Les UV-C ont des effets mutagènes sur les êtres vivants et sont indiqués comme mortels pour l’ADN dans l’activité.

💡 Astuce mémo

UV solaires → formation d’O₃ → absorption des UV nocifs

📖 5. Réservoirs et flux du carbone

★ À maîtriser

• Le carbone est stocké dans l’atmosphère sous forme de CO₂, dans la biosphère sous forme de carbone organique, et dans les sols, les roches et les océans sous des formes organiques ou minérales.

📌 Les quantités de carbone dans les réservoirs restent constantes lorsque les flux entre ces réservoirs sont équilibrés, comme pendant la période préindustrielle.

Compléments

• Les réservoirs de carbone représentés comprennent l’atmosphère (569 PgC), la biosphère terrestre ou marine (460 à 650 PgC), les sols (1 500 à 2 400 PgC), le pergélisol (1 700 PgC), l’hydrosphère (38 700 PgC), le carbone fossile (1 000 à 2 000 PgC) et le carbone minéral (50 à 100 × 10⁶ PgC).

• Les flux préindustriels représentés comprennent la photosynthèse (210,9 PgC/an), la respiration (107,2 PgC/an), l’absorption océanique (60 PgC/an), le dégazage océanique (60,7 PgC/an) et la sédimentation (2 PgC).

• Le schéma indique des flux anthropiques de combustion fossile de 7,6 PgC/an et de combustion de la biomasse de 1,6 PgC/an.

📖 6. Combustibles fossiles et déséquilibre

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie non renouvelable : Une énergie non renouvelable est une énergie dont la ressource ne se renouvelle pas à l’échelle humaine.

📝 Points essentiels

• Les combustibles fossiles se sont formés à partir du carbone d’êtres vivants sur plusieurs dizaines à centaines de millions d’années.

• Depuis 250 ans, les humains prélèvent des combustibles fossiles dans le sous-sol et leur utilisation rapide ne permet pas leur renouvellement à l’échelle humaine.

📌 La combustion rapide des combustibles fossiles déséquilibre le cycle du carbone.

📊 Tableaux de synthèse

Stocks et flux du cycle du carbone