Fiche de révision : Atmosphère terrestre et évolution de la vie

📋 Plan du Cours

1. Formation et composition de l’atmosphère
2. Refroidissement et cycle du dioxyde de carbone
3. Indices géologiques de l’oxygénation
4. Vie et accumulation du dioxygène
5. Strates atmosphériques et couche d’ozone
6. Carbone, combustibles et activités humaines

📖 1. Formation et composition de l’atmosphère

★ À maîtriser

• L’atmosphère primitive contenait environ 80 % de vapeur d’eau, 20 % de CO₂ et 5 % de N₂, selon l’étude des météorites.

📌 L’atmosphère primitive était réductrice, car elle ne contenait pas de dioxygène, tandis que l’atmosphère actuelle est oxydante.

• L’atmosphère actuelle contient 78 % de N₂, 21 % de O₂, 0,9 % d’argon et environ 0,04 % de CO₂, avec des traces de vapeur d’eau, de CH₄ et de N₂O.

Compléments

• La Terre s’est formée il y a environ 4,6 milliards d’années et son atmosphère primitive s’est mise en place progressivement entre 4,4 et 4,3 Ga.

💡 Astuce mémo

Atmosphère primitive réductrice sans O₂, atmosphère actuelle oxydante avec O₂

📖 2. Refroidissement et cycle du dioxyde de carbone

★ À maîtriser

• Vers 4,4 Ga, la surface terrestre dépassait 2000 °C et l’eau était surtout sous forme de vapeur ; le refroidissement a condensé cette vapeur en eau liquide et formé l’hydrosphère.

• La formation de l’hydrosphère a permis la dissolution du CO₂ atmosphérique dans l’eau, puis son piégeage dans la lithosphère sous forme de carbonates.

Compléments

• Dans l’eau, le dioxyde de carbone existe sous trois formes en équilibre :
  • CO₂ dissous
  • ions hydrogénocarbonates HCO₃⁻
  • ions carbonates CO₃²⁻

📐 Formule - En présence d’ions calcium, les réactions de formation du carbonate de calcium sont $\mathrm{Ca^{2+}+CO_3^{2-}\rightarrow CaCO_3}$ et $\mathrm{Ca^{2+}+2HCO_3^{-}\rightarrow CaCO_3+H_2CO_3}$.

• Peu soluble, le carbonate de calcium précipite et constitue une forme de stockage du CO₂ dans les roches carbonatées, des roches sédimentaires surtout composées de CaCO₃.

• La diminution du CO₂ atmosphérique a atténué l’effet de serre et abaissé la température, favorisant à son tour la dissolution du CO₂ dans l’hydrosphère.

💡 Astuce mémo

Refroidissement → eau liquide → dissolution du CO₂ → stockage carbonaté

📖 3. Indices géologiques de l’oxygénation

★ À maîtriser

• Les fers rubanés, ou BIF, datés de 3,8 à 2,4 Ga, alternent des couches rouges d’oxyde de fer et des couches sombres siliceuses formées par précipitation en milieu marin.

• L’apparition des fers rubanés à partir de 3,8 Ga prouve que du dioxygène a oxydé le fer ferreux dans l’eau océanique.

• Les paléosols rouges riches en oxydes de fer, présents à partir de 2,2 Ga, montrent que le fer a précipité en milieu continental en présence d’oxygène atmosphérique.

Compléments

📌 Le fer ferreux Fe²⁺ est soluble dans l’eau désoxygénée, tandis que le fer ferrique Fe³⁺ est insoluble dans l’eau.

📐 Formule - En présence de dioxygène, le fer ferreux est oxydé en oxyde de fer ferrique selon la réaction $\mathrm{4Fe^{2+}+O_2+4H_2O\rightarrow 2Fe_2O_3+8H^+}$.

• L’absence de fers rubanés après 2,2 Ga indique que le fer précipitait directement sur les continents au lieu d’être transporté vers les océans.

• Les océans saturés en dioxygène ont dégazé celui-ci vers l’atmosphère.

📖 4. Vie et accumulation du dioxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Stromatolithes : Structures formées par accumulation de couches de calcaire et de débris rocheux, entre lesquelles se trouvent des filaments de colonies bactériennes appelées cyanobactéries.

★ À maîtriser

• Les premières traces de vie, retrouvées dans des stromatolithes, datent d’au moins 3,5 Ga.

• Les cyanobactéries sont des cellules procaryotes qui réalisent la photosynthèse, absorbent le CO₂ dissous dans l’eau et rejettent du O₂.

• À partir de 2,2 Ga, le dioxygène s’est accumulé dans l’atmosphère après être apparu dans les océans grâce à la photosynthèse des cyanobactéries.

Compléments

• Les stromatolithes âgés de 3,5 Ga contiennent des êtres vivants fossilisés semblables aux cyanobactéries actuelles.

• La concentration atmosphérique actuelle de dioxygène, de 20,9 %, a été atteinte il y a environ 500 millions d’années.

• Aujourd’hui, les principales sources et les principaux puits de dioxygène atmosphérique sont liés à la photosynthèse qui le produit, à la respiration qui le consomme et aux combustions.

💡 Astuce mémo

Photosynthèse des cyanobactéries → O₂ océanique → accumulation atmosphérique

📖 5. Strates atmosphériques et couche d’ozone

★ À maîtriser

• La troposphère, dont la limite supérieure se situe entre 8 et 15 km d’altitude, contient 80 à 90 % de la masse totale de l’air.

• Sous l’action des ultraviolets solaires, le dioxygène stratosphérique se dissocie et amorce une transformation chimique qui forme de l’ozone.

• L’ozone absorbe les ultraviolets solaires de longueurs d’onde comprises entre 200 et 400 nm et protège l’ADN des effets mutagènes des UV.

Compléments

• L’atmosphère terrestre a une épaisseur d’environ 800 km, mais sa masse est surtout concentrée dans les premiers kilomètres.

• La stratosphère s’étend jusqu’à environ 50 km d’altitude et contient de l’ozone.

• La couche d’ozone est une couche permanente dont la concentration maximale se situe vers 30 km d’altitude.

• Les rayonnements inférieurs à 310 nm n’atteignent pas la surface : les UVC sont totalement absorbés, les UVB en très grande proportion et les UVA partiellement.

• La mise en place de la couche d’ozone a permis l’épanouissement de la vie hors de l’eau il y a 360 millions d’années.

💡 Astuce mémo

Un bouclier d’ozone dans la stratosphère filtre les UV avant leur arrivée au sol

📖 6. Carbone, combustibles et activités humaines

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustibles fossiles : Combustibles riches en carbone, notamment le pétrole, le charbon et le gaz, formés à partir du carbone des êtres vivants par dégradation de matière organique en absence de dioxygène, il y a plusieurs centaines de millions d’années.
• Ressources non renouvelables : Les combustibles fossiles sont des ressources non renouvelables parce que leurs stocks ne se reconstituent pas suffisamment vite à l’échelle humaine.

★ À maîtriser

• La déforestation et la combustion du charbon, du pétrole et du gaz ajoutent des flux de carbone entre la biosphère ou la lithosphère et l’atmosphère.

• La combustion du pétrole, du charbon et du gaz rejette du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, ce qui augmente l’effet de serre et affecte le climat.

Compléments

• Les quantités de carbone des différents réservoirs restent constantes lorsque les flux entre ces réservoirs sont équilibrés.

• Pratiquement 80 % de l’énergie totale consommée dans le monde est aujourd’hui d’origine non renouvelable.

💡 Astuce mémo

Combustion des fossiles → émissions de CO₂ → renforcement de l’effet de serre