Fiche de révision : Cycles de l’oxygène et du carbone

📋 Plan du Cours

1. Origine et composition de l’atmosphère
2. Condensation de l’eau et hydrosphère
3. Échanges d’oxygène et cycle du carbone
4. Fers rubanés et oxygénation des océans
5. Stromatolithes et cyanobactéries
6. Formation et rôle protecteur de l’ozone

📖 1. Origine et composition de l’atmosphère

★ À maîtriser

• Il y a 4,6 Ga, l’atmosphère primitive était composée de 80 % d’eau (H₂O), de 15 % de dioxyde de carbone (CO₂) et de 5 % de diazote (N₂), sans dioxygène.

• L’atmosphère actuelle contient 78 % de diazote, 21 % de dioxygène, environ 0,04 % de dioxyde de carbone, 0,93 % d’argon ainsi que des traces d’autres gaz.

• L’atmosphère terrestre a une double origine : les météorites et les comètes ont apporté de l’eau et des gaz, tandis que le volcanisme primitif a dégazé de la vapeur d’eau et d’autres gaz.

Compléments

• La quantité absolue de diazote dans l’atmosphère terrestre est restée globalement stable depuis la formation de la Terre.

• Un intense dégazage du manteau terrestre s’est produit pendant les 150 premiers millions d’années de l’histoire de la Terre.

📖 2. Condensation de l’eau et hydrosphère

★ À maîtriser

• Le refroidissement de la Terre a provoqué la condensation de la vapeur d’eau atmosphérique, formant l’hydrosphère et les océans.

Compléments

• L’atmosphère primitive présentait des conditions similaires à celles de Vénus, avec une pression beaucoup plus élevée qu’aujourd’hui ; les valeurs moyennes indiquées sont de 1 atm et 15 °C pour la Terre actuelle, contre 92 atm et 470 °C pour Vénus.

• Dès -4 Ga, toute l’eau à l’état gazeux s’était condensée et était devenue liquide.

• Des rides de courant fossiles datées de -2,7 Ga, observées sur un ancien littoral en Australie, témoignent de la présence d’un océan.

• Les conditions actuelles de pression et de température permettent à l’eau terrestre d’exister sous trois états, dont l’état liquide.

💡 Astuce mémo

Le refroidissement de la Terre entraîne la condensation de la vapeur d’eau, puis la formation des océans.

📖 3. Échanges d’oxygène et cycle du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Flux de carbone : Masse de carbone qui passe d’un réservoir à un autre par unité de temps.
• Réservoir de carbone : Compartiment superficiel de la Terre, comme la biosphère, l’atmosphère, l’hydrosphère ou les roches carbonatées et carbonées.

★ À maîtriser

• La photosynthèse libère du dioxygène dans l’atmosphère, tandis que la respiration des êtres vivants le consomme.

• L’utilisation excessive de combustibles fossiles augmente le flux de carbone vers l’atmosphère et dérègle le cycle du carbone.

Compléments

📌 Lorsque les flux de carbone sont équilibrés à l’échelle planétaire, les quantités de carbone dans les différents réservoirs restent stables.

📖 4. Fers rubanés et oxygénation des océans

🔑 Notions clés & Définitions

• Formations de fers rubanés : Roches sédimentaires marines constituées d’une alternance de couches claires de silice et de couches rougeâtres d’hématite.

★ À maîtriser

• En milieu aquatique, le dioxygène oxyde les ions ferreux Fe²⁺, ce qui forme de l’hématite insoluble qui précipite et contribue aux formations de fers rubanés.

📌 La présence d’ions Fe²⁺ dissous dans l’océan indique un milieu non oxydant, tandis que l’oxydation du fer entraîne la précipitation de composés ferriques peu solubles.

Compléments

• Les formations de fers rubanés sont des roches marines datées d’environ -3,2 Ga.

• L’hématite, de formule Fe₂O₃, est un oxyde de fer insoluble qui précipite sur les fonds marins.

• Après la consommation totale du fer marin, le dioxygène se répand dans l’atmosphère et le fer précipite directement sur les continents.

• Après -2,2 Ga, certains paléosols continentaux riches en hydroxydes ferriques présentent une couleur rouge et sont appelés red-beds ou couches rouges.

💡 Astuce mémo

Fer dissous dans l’océan → précipitation des oxydes → dioxygène dans l’atmosphère

📖 5. Stromatolithes et cyanobactéries

🔑 Notions clés & Définitions

• Stromatolithe : Construction calcaire produite par l’action de cyanobactéries.

★ À maîtriser

• Des stromatolithes fossiles datés de -3,5 Ga constituent les premières traces de vie retrouvées sur Terre.

• Les cyanobactéries utilisent le dioxyde de carbone pour produire leur matière organique et libèrent du dioxygène.

Compléments

• Les cyanobactéries vivent dans des eaux chaudes, peu profondes et pauvres en dioxygène.

📖 6. Formation et rôle protecteur de l’ozone

★ À maîtriser

• Dans la stratosphère, vers 30 km d’altitude, le rayonnement solaire permet la transformation du dioxygène en ozone.

• La couche d’ozone absorbe les rayons UV qui endommagent l’ADN et protège ainsi les êtres vivants.

Compléments

• La concentration d’ozone atteint un maximum vers 30 km d’altitude dans la stratosphère.

• À la surface terrestre, le flux reçu comprend 0 % des UV-C, 10 % des UV-B et 50 % des UV-A.

• L’ADN absorbe fortement les UV-C et une partie des UV-B.

📌 Quand la dose d’irradiation augmente, les mutations deviennent plus fréquentes et le taux de survie diminue.

💡 Astuce mémo

L’ozone absorbe les UV nocifs → l’ADN est moins endommagé