Fiche de révision : Atmosphère terrestre et évolution de la vie

📋 Plan du Cours

1. Formation de l’atmosphère primitive
2. Composition des gaz primitifs
3. Refroidissement et formation des océans
4. Piégeage du dioxyde de carbone
5. Origine et accumulation du dioxygène
6. Ozone et protection de la biosphère
7. Réservoirs et flux de dioxygène

📖 1. Formation de l’atmosphère primitive

★ À maîtriser

• La formation de la Terre et des autres planètes résulte de l’accrétion, c’est-à-dire l’agglomération de gaz et de poussières attirés par gravité dans un disque protoplanétaire.

• La différenciation de la Terre a produit un manteau et un noyau, tandis que le dégazage des matériaux a contribué à former l’atmosphère.

Compléments

• Les chondrites, âgées d’environ 4,5 Ga, sont indifférenciées et leur composition moyenne est considérée comme proche de celle de la Terre lors de sa formation.

💡 Astuce mémo

Accrétion → différenciation → dégazage → atmosphère

📖 2. Composition des gaz primitifs

📝 Points essentiels

• Le dégazage des chondrites fournit principalement de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone, avec environ 80 ± 10 % de H₂O, 20 ± 10 % de CO₂, 1 ± 5 % de N₂ et 0 % de O₂. — Bordas Tale S, 2010

• Les inclusions fluides des roches volcaniques contiennent environ 83 ± 3 % de H₂O, 12 ± 4 % de CO₂, 5 ± 3 % de N₂ et 0 % de O₂. — Bordas Tale S, 2010

💡 Astuce mémo

Chondrites et gaz volcaniques : même absence d’O₂, proportions différentes

📖 3. Refroidissement et formation des océans

🔑 Notions clés & Définitions

• Principe d’actualisme : La théorie selon laquelle les lois qui régissent les phénomènes géologiques actuels étaient également valables dans le passé.

★ À maîtriser

• La jeune Terre a perdu rapidement l’hydrogène et l’hélium, puis son atmosphère s’est enrichie en H₂O et en CO₂ d’origine notamment volcanique, avec des apports météoritiques et cométaires.

• Environ 150 millions d’années après la formation de la Terre, la diminution du flux thermique interne a permis le refroidissement de la surface, la formation d’une croûte solide et celle de l’hydrosphère.

• Des zircons vieux de 4,4 milliards d’années trouvés dans des roches sédimentaires de 3,3 milliards d’années des Jack Hills indiquent que leur magma de cristallisation, estimé à 696 °C, était riche en eau liquide de surface. — Belin Tale, 2020

Compléments

📌 L’atmosphère primitive est estimée proche de l’atmosphère actuelle de Vénus par sa pression et sa température élevées, mais l’eau terrestre a pu passer à l’état liquide lors du refroidissement.

• Des rides de courant fossiles datées de l’Archéen, notamment en Australie vers 2,7 Ga, témoignent de l’existence ancienne de courants d’eau et de paléoenvironnements marins ou continentaux.

💡 Astuce mémo

Refroidissement → croûte solide → condensation → hydrosphère

📖 4. Piégeage du dioxyde de carbone

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans l’eau liquide, le CO₂ dissous est en équilibre avec les ions hydrogénocarbonate et carbonate selon les réactions $CO_2(aq)+H_2O \rightleftharpoons HCO_3^-+H_3O^+$ et $HCO_3^-+H_2O \rightleftharpoons CO_3^{2-}+H_3O^+$.

• Les cyanobactéries absorbent le CO₂ par photosynthèse, ce qui favorise la précipitation du calcaire et piège du carbone dans les stromatolites.

Compléments

• Dans les conditions standards, les ions hydrogénocarbonate représentent 75% à 95% des formes dissoutes du CO₂.

📐 Formule — La précipitation du calcaire dans les stromatolites suit la réaction $2HCO_3^-+Ca^{2+}\rightleftharpoons CaCO_3+CO_2+H_2O$.

• Les stromatolites sont des roches formées par la précipitation de calcaire et de débris rocheux réalisée par des cyanobactéries, et ils croissent d’environ 5 cm en 100 ans.

💡 Astuce mémo

Dissolution du CO₂ → carbonates → stromatolites → baisse atmosphérique

📖 5. Origine et accumulation du dioxygène

★ À maîtriser

📐 Formule — La photosynthèse des cyanobactéries transforme le dioxyde de carbone et l’eau en glucides et en dioxygène selon $CO_2+H_2O\rightarrow glucides+O_2$.

• Le phytoplancton, notamment les cyanobactéries, produit et libère entre 50 % et 85 % du dioxygène atmosphérique consommé alors qu’il représente seulement 1 % de la biomasse photosynthétique.

• Les formations de fer rubané contenant de l’hématite, datées entre -3,5 Ga et -2 Ga, indiquent la présence de dioxygène dans les océans pendant cette période.

• En l’absence de dioxygène atmosphérique, l’altération des continents libère des ions Fe²⁺ solubles qui sont transportés vers l’océan, où le dioxygène les oxyde en hématite insoluble.

Compléments

📐 Formule — L’oxydation des ions ferreux par le dioxygène forme de l’hydroxyde ferrique puis de l’hématite selon $2Fe^{2+}+O_2+4H_2O\rightarrow2Fe(OH)_3+2H^+$ et $2Fe(OH)_3\rightarrow Fe_2O_3+3H_2O$.

💡 Astuce mémo

Photosynthèse → O₂ consommé par le fer → saturation des puits → accumulation

📖 6. Ozone et protection de la biosphère

📝 Points essentiels

• L’ozone est un gaz minoritaire représentant moins de 0,07 ppm dans l’atmosphère totale, mais sa concentration atteint jusqu’à 7,8 ppm entre 30 km et 40 km d’altitude.

• Dans la stratosphère, l’énergie solaire transforme une partie du dioxygène en ozone.

• Les rayons ultraviolets ont des longueurs d’onde comprises entre 100 nm et 400 nm et peuvent être absorbés par l’ADN, provoquant des mutations létales ou susceptibles de favoriser des cancers.

💡 Astuce mémo

O₂ stratosphérique + UV → O₃ → absorption des UV → sortie des eaux

📖 7. Réservoirs et flux de dioxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Source de dioxygène : Un dispositif ou un processus qui libère du dioxygène dans l’atmosphère.
• Puits de dioxygène : Un réservoir naturel ou artificiel qui absorbe du dioxygène en circulation.

★ À maîtriser

• Les échanges actuels de dioxygène indiquent que la photosynthèse et la respiration représentent chacune un flux de 170 Gt/an, tandis que les combustions anthropiques consomment 36,8 Gt/an.

Compléments

• Le dioxygène présent dans les réservoirs est estimé à 1 000 Gt dans l’océan et à 1 000 000 Gt dans l’atmosphère.

📊 Tableaux de synthèse

Indices de l’évolution atmosphérique