Fiche de révision : Atmosphère terrestre et vivant

📋 Plan du Cours

1. Formation de la Terre et atmosphère primitive
2. Évolution de la composition atmosphérique
3. Origine et accumulation du dioxygène
4. Dioxygène et diversification du vivant
5. Ozone stratosphérique et troposphérique
6. Ozone, rayonnement et santé

📖 1. Formation de la Terre et atmosphère primitive

★ À maîtriser

• La Terre s’est formée il y a 4,57 Ga par accrétion de poussières stellaires qui se sont regroupées en planétésimaux puis en protoplanète.

• L’accrétion terrestre correspond à la croissance de regroupements de particules : leur masse et leur gravité augmentent, attirant de nouvelles particules jusqu’à former une protoplanète homogène.

• Pendant environ 300 Ma, le volcanisme a libéré les gaz contenus dans le manteau, réalisant le dégazage à l’origine de l’atmosphère primitive.

• L’atmosphère primitive était composée d’environ 80 % de vapeur d’eau, 12 % de CO₂ et 5 % de diazote.

Compléments

• Pendant le refroidissement de la Terre, les éléments lourds comme le fer et le nickel ont migré vers le centre, tandis que les éléments légers sont restés en périphérie, différenciant les couches terrestres.

💡 Astuce mémo

Poussières, planétésimaux, protoplanète : l’accrétion grandit par étapes.

📖 2. Évolution de la composition atmosphérique

★ À maîtriser

• L’atmosphère actuelle contient 21 % de dioxygène, contrairement à l’atmosphère primitive qui en était dépourvue.

• Environ 500 Ma après la formation de la Terre, son refroidissement a liquéfié la vapeur d’eau atmosphérique et provoqué des pluies diluviennes qui ont formé les océans.

• La formation des océans a fortement diminué l’eau atmosphérique et a dissous une grande partie du CO₂, tandis que le N₂, peu soluble dans l’eau, s’est accumulé dans l’atmosphère.

Compléments

• À l’époque de la condensation de l’eau, la pression atmosphérique était environ 100 fois supérieure à la pression actuelle et l’eau pouvait être liquide sous environ 311 °C.

• Les océans contiennent actuellement environ 38 000 Gt de carbone dissous, contre environ 800 Gt de carbone dans l’atmosphère.

💡 Astuce mémo

Refroidissement → océans ; le CO₂ se dissout, le N₂ reste dans l’atmosphère.

📖 3. Origine et accumulation du dioxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Principe d’actualisme : Affirme que les lois qui régissent les phénomènes géologiques actuels sont les mêmes que celles qui s’exerçaient dans le passé.

★ À maîtriser

• Les plus anciens stromatolithes retrouvés datent de 3,5 Ga et résultent de l’activité photosynthétique de cyanobactéries, selon le principe d’actualisme.

📐 Formule - La photosynthèse convertit le dioxyde de carbone, l’eau et l’énergie lumineuse en matière organique et dioxygène : $nCO_2 + nH_2O + \text{énergie lumineuse} \rightarrow [CH_2O]_n + nO_2$.

• Entre 3,5 et 2,4 Ga, le dioxygène produit par les cyanobactéries s’est libéré dans les océans et a oxydé les ions Fe²⁺, formant des fers rubanés qui piégeaient l’oxygène.

• Des traces d’oxydation de roches continentales apparaissent dès 2,4 Ga, indiquant que le dioxygène a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère après l’épuisement d’une grande partie des ions Fe²⁺ océaniques.

Compléments

• Après 1,9 Ga, les fers rubanés ne se forment plus du tout.

• Il y a environ 500 Ma, la concentration atmosphérique en dioxygène a atteint sa valeur actuelle.

📖 4. Dioxygène et diversification du vivant

★ À maîtriser

• Le dioxygène est nécessaire au métabolisme respiratoire qui fournit de l’énergie aux cellules.

• Il y a 2,1 Ga, l’augmentation du dioxygène a pu permettre l’émergence de formes de vie pluricellulaires.

📌 Le dioxygène n’est pas indispensable à l’apparition de la vie, qui a débuté en milieu anaérobie, mais son augmentation a favorisé la diversification et la complexification du vivant.

Compléments

• La colonisation du milieu aérien a nécessité des adaptations contre la dessiccation et une réduction de la surface de contact entre les milieux extérieur et intérieur.

• Les trois grandes branches du vivant sont les bactéries et les archées, qui sont procaryotes, ainsi que les eucaryotes, qui possèdent un noyau.

💡 Astuce mémo

Le dioxygène n’est pas nécessaire à l’apparition de la vie, mais favorise sa diversification.

📖 5. Ozone stratosphérique et troposphérique

★ À maîtriser

• La couche d’ozone stratosphérique se situe entre 15 et 35 km d’altitude et son abondance maximale se trouve vers 30 km.

• L’épaisseur moyenne de la couche d’ozone est d’environ 300 unités Dobson, contre environ 150 unités Dobson au pôle Sud ; elle est considérée comme « trouée » sous 220 unités Dobson.

• Sous l’effet des UV, O₂ se dissocie lentement en atomes O, qui se recombinent rapidement avec O₂ pour former O₃ ; l’ozone se dissocie ensuite lentement en O₂ et O.

• L’ozone troposphérique se forme à partir d’émissions humaines et, combiné à des particules fines, constitue le smog observé au-dessus des villes, majoritairement en été car sa formation nécessite des UV.

Compléments

• L’ozone stratosphérique se forme et se décompose en permanence, maintenant un équilibre dynamique en temps normal.

💡 Astuce mémo

Ozone stratosphérique protecteur, ozone troposphérique associé au smog.

📖 6. Ozone, rayonnement et santé

★ À maîtriser

• La couche d’ozone absorbe principalement les UV de longueur d’onde inférieure à environ 300 nm, notamment les UVC et les UVB jusqu’à 300 nm.

📌 La couche d’ozone arrête les UVC et les UVB de faible longueur d’onde, mais pas les UVA, qui ne sont pas arrêtés par cette couche.

• L’absorption des UV par l’ADN provoque des lésions susceptibles d’entraîner des mutations, et l’accumulation de ces lésions peut conduire à des cancers cutanés.

Compléments

• En France, 80 % des cancers de la peau sont dus à une exposition excessive au soleil.

• 90 % des cancers de la peau peuvent être guéris s’ils sont détectés assez tôt.

• L’ozone troposphérique serait lié à des problèmes des fonctions respiratoires et cardiovasculaires.

💡 Astuce mémo

Amincissement de l’ozone → davantage d’UV absorbés par l’ADN → lésions.