Fiche de révision : Biosphère et écosystème mondial

📋 Plan du Cours

1. Définition et compartiments de la biosphère
2. Fonctionnement énergétique de l’écosphère
3. Conditions planétaires de la biogenèse
4. Histoire et évolution du vivant
5. Évolution de l’atmosphère et du climat
6. Extinctions et crise actuelle
7. Hypothèse Gaia et autorégulation
8. Modèle Daisyworld et résilience

📖 1. Définition et compartiments de la biosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Biosphère : Jean-Baptiste Lamarck, 1744-1829 - Région de la planète où la vie est possible en permanence et qui renferme l’ensemble des êtres vivants.
• Écosphère : L’écosphère, ou écosystème mondial, englobe la biosphère ainsi que la lithosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère.

★ À maîtriser

• La biosphère comprend plus de 30 millions d’espèces, représentant environ 1 trillion de tonnes de matière vivante appelée biomasse.

Compléments

• L’hydrosphère, ou océan mondial, recouvre 70 % de la surface du globe.

📖 2. Fonctionnement énergétique de l’écosphère

📝 Points essentiels

📌 L’écosphère est matériellement fermée, avec de faibles échanges de matière, mais énergétiquement ouverte, car elle reçoit et perd continuellement de l’énergie.

• Les principales sources d’énergie sont:

  • le rayonnement solaire
  • la gravité
  • la géothermie

• 🔄 L’apport énergétique:

  1. contre la dérive entropique
  2. génère de l’hétérogénéité
  3. maintient l’ordre du système

• Les deux particularités fondamentales de la biosphère sont la présence permanente d’eau liquide et l’apport continu d’énergie lumineuse.

💡 Astuce mémo

Énergie solaire → organisation et néguentropie

📖 3. Conditions planétaires de la biogenèse

★ À maîtriser

• Les conditions nécessaires comprennent: un système planétaire tellurique, une masse suffisante pour retenir une atmosphère, une distance adaptée à la source d’énergie, des paramètres orbitaux favorables

• La masse planétaire nécessaire pour retenir une atmosphère doit être au moins égale à 75 % de celle de la Terre.

• Pour obtenir une température comprise entre 15 °C et 45 °C, la distance à la source d’énergie doit être d’environ plus ou moins 5 % de la distance Terre-Soleil.

Compléments

• Plusieurs centaines de millions de planètes pourraient être potentiellement habitables dans notre galaxie.

📖 4. Histoire et évolution du vivant

★ À maîtriser

• La Terre s’est formée il y a 4567 millions d’années avec une première atmosphère composée principalement d’hydrogène et d’hélium.

• Les premières formes de vie aquatiques, des procaryotes, sont apparues vers 4000 millions d’années.

• La Grande Oxydation, vers 2400 millions d’années, a entraîné l’apparition d’oxygène atmosphérique, la formation de la couche d’ozone et la glaciation huronienne.

Compléments

• Les stromatolithes sont des structures laminaires formées de couches de carbonates de calcium et de lits de cyanobactéries, qui se développent en eaux peu profondes et contribuent depuis 3,5 milliards d’années à l’oxygénation de la Terre.

• Les premiers vertébrés terrestres sont apparus vers 380 millions d’années et l’humanité vers 2 millions d’années.

💡 Astuce mémo

Terre → océans → procaryotes → oxygène → eucaryotes → humains

📖 5. Évolution de l’atmosphère et du climat

★ À maîtriser

📌 L’atmosphère primordiale provenait du dégazage des roches et du volcanisme, tandis que l’atmosphère secondaire s’est formée avec la saturation en vapeur d’eau et la condensation des océans.

• L’atmosphère secondaire, apparue entre 4,2 et 4 milliards d’années, était essentiellement composée de méthane, d’azote et de dioxyde de carbone.

• L’apparition des cyanobactéries a libéré progressivement de l’oxygène, précipité le dioxyde de carbone sous forme de roches calcaires, réduit l’effet de serre et permis la formation de la couche d’ozone.

• L’atmosphère actuelle contient environ 21 % d’oxygène, après une accumulation et une régulation de l’oxygène entre 0,54 milliard d’années et le présent.

Compléments

• Les expériences ont produit (Stanley L. Miller, années 1950):
  • de l’urée
  • du formaldéhyde
  • de l’acide cyanhydrique
  • des acides aminés

💡 Astuce mémo

Primordiale → secondaire → tertiaire

📖 6. Extinctions et crise actuelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Crise biologique majeure : Événement mondial, relativement court, durant lequel au moins 75 % des espèces animales ou végétales terrestres ou aquatiques disparaissent.

★ À maîtriser

• La biosphère a survécu à cinq épisodes majeurs d’extinction massive.

• Les insectes représentent 40 % des espèces en déclin au niveau mondial et leur biomasse diminue de 2,5 % par an depuis 30 ans. - Caspar et al, Insect biomass decrease and seasonal distribution, 2017

Compléments

• Entre 7,5 % et 13 % des espèces animales et végétales auraient disparu au cours des 500 dernières années, soit entre 150 000 et 260 000 espèces.

📖 7. Hypothèse Gaia et autorégulation

🔑 Notions clés & Définitions

• Hypothèse Gaia : L’hypothèse Gaia affirme que les êtres vivants influencent l’ensemble de la planète et que l’écosphère possède une autorégulation au profit de l’ensemble du système.

★ À maîtriser

📌 L’hypothèse Gaia comporte un niveau constatant la modification de la Terre par les êtres vivants, un niveau considérant la Terre comme auto-organisée et autorégulée, et un niveau extrême postulant une manipulation consciente du climat.

Compléments

📌 Selon Richard Dawkins, la Terre ne possède ni milieu extérieur, ni proie, ni prédateur, ce qui remet en cause sa qualification d’être vivant.

📌 Selon Karl Popper, une théorie scientifique doit pouvoir être démontrée ou réfutée, faute de quoi elle relève de la métaphysique ou de la croyance.

💡 Astuce mémo

Gaia forte : intentionnalité ; Gaia faible : autorégulation

📖 8. Modèle Daisyworld et résilience

🔑 Notions clés & Définitions

• Daisyworld : James Lovelock & Andrew Watson - Modèle informatique simplifié montrant comment des boucles de rétroaction peuvent stabiliser une planète virtuelle.

📝 Points essentiels

📌 Dans Daisyworld, les pâquerettes noires absorbent presque toute la lumière avec un albédo proche de 0, tandis que les pâquerettes blanches la réfléchissent presque entièrement avec un albédo proche de 1.

• Dans le scénario à radiations solaires constantes, les pâquerettes blanches augmentent d’abord l’albédo et diminuent la température, puis les deux populations se maintiennent autour d’un équilibre qui se rétablit après une perturbation.

📌 Dans le scénario où les radiations solaires augmentent, la structure du système change continuellement pour maintenir son fonctionnement jusqu’à une limite, ce qui illustre la résilience plutôt que la stabilité.

📌 Les régulations de Daisyworld reposent sur des boucles de rétroaction négatives, mais les deux populations s’éteignent lorsque le rayonnement solaire devient trop élevé.

💡 Astuce mémo

Rétroactions négatives → régulation, stabilité ou résilience

📊 Tableaux de synthèse

Compartiments de l’écosphère

Stabilité et résilience dans Daisyworld