Fiche de révision : Oxygène et ozone dans l’atmosphère

📋 Plan du Cours

1. Évolution de l’atmosphère terrestre
2. Indices de l’oxygénation terrestre
3. Photosynthèse et échanges gazeux
4. Oxygène et gigantisme des insectes
5. Formation et répartition de l’ozone
6. Protection contre les ultraviolets
7. Dommages des UV sur l’ADN
8. Histoire de l’atmosphère terrestre

📖 1. Évolution de l’atmosphère terrestre

📝 Points essentiels

• À −4,6 Ga, l’atmosphère primitive contenait 80 % de H₂O, 15 % de CO₂ et 5 % de N₂, sans O₂.

• L’atmosphère primitive provenait du dégazage volcanique du manteau terrestre et du bombardement météoritique.

• Le refroidissement de la surface terrestre entre −4,6 et −4,1 Ga a provoqué la liquéfaction de la vapeur d’eau et la formation des océans.

• L’atmosphère actuelle contient 78 % de N₂, 21 % de O₂ et des traces d’autres gaz, dont le CO₂.

💡 Astuce mémo

L’atmosphère primitive riche en vapeur d’eau et en CO₂ s’oppose à l’actuelle, dominée par N₂ et O₂.

📖 2. Indices de l’oxygénation terrestre

★ À maîtriser

• Les plus anciennes traces de vie connues datent de −3,5 Ga et sont associées aux stromatolites, structures carbonatées formées par l’activité de colonies de micro-organismes photosynthétiques, principalement des cyanobactéries.

• Les cyanobactéries produisent du dioxygène par photosynthèse.

• Le dioxygène atmosphérique est apparu approximativement entre −2,4 et −2,2 Ga, selon les indices géologiques présentés.

Compléments

• Les fers rubanés se sont formés entre −3,8 et −2 Ga et témoignent de la présence de O₂ dans les océans, où celui-ci a oxydé le Fe²⁺ dissous.

📌 Les conglomérats à pyrite se forment sans O₂ et indiquent une atmosphère réductrice, tandis que les paléosols rouges contenant du Fe³⁺ se forment avec O₂ par oxydation du Fe²⁺.

• Les conglomérats à pyrite sont présents jusqu’à −2,2 Ga et les paléosols rouges apparaissent à partir de −2,2 Ga.

💡 Astuce mémo

Océans d’abord, continents ensuite : fers rubanés, puis indices continentaux après −2,2 Ga.

📖 3. Photosynthèse et échanges gazeux

★ À maîtriser

• En présence de lumière, l’élodée réalise la photosynthèse : elle consomme du CO₂ et produit du O₂.

• Dans l’expérience avec un criquet, la proportion de O₂ diminue de 21 % à 16,5 %, soit une baisse de 4,5 points de pourcentage.

Compléments

📐 Formule - La photosynthèse s’écrit $6H_2O + 6CO_2 \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

• L’eau de chaux devient trouble en présence du criquet, ce qui indique la présence de CO₂.

💡 Astuce mémo

L’élodée produit du O₂, tandis que le criquet en consomme.

📖 4. Oxygène et gigantisme des insectes

📝 Points essentiels

• Au Carbonifère, vers -300 Ma, l’atmosphère contenait environ 33 à 35 % de dioxygène, contre environ 21 % aujourd’hui, soit une différence d’environ 12 à 14 points de pourcentage.

• Au Carbonifère, Meganeura atteignait jusqu’à 40 cm de longueur et 70 cm d’envergure, tandis que la libellule actuelle atteint au maximum 10 cm de longueur et 17 cm d’envergure.

• Chez les insectes, le dioxygène diffuse passivement dans le système respiratoire trachéen ; une concentration atmosphérique plus élevée améliore cette diffusion et permet une plus grande taille corporelle.

💡 Astuce mémo

Plus d’O₂ → diffusion trachéenne plus efficace → insectes plus grands

📖 5. Formation et répartition de l’ozone

★ À maîtriser

• La formation de l’ozone se déroule en deux étapes : les rayons UV solaires dissocient une molécule de dioxygène en deux atomes d’oxygène, puis un atome d’oxygène s’associe à une molécule de dioxygène pour former une molécule d’ozone.

• La couche d’ozone se situe principalement dans la stratosphère, où sa concentration atteint un maximum vers 30 km d’altitude.

Compléments

• Une molécule d’ozone O₃ contient trois atomes d’oxygène.

• La couche d’ozone s’étend approximativement de 10–15 km à 40–50 km d’altitude.

• L’ozone peut aussi être présent près de la surface dans la troposphère, où les activités humaines en produisent par pollution ; inhalé, il peut provoquer des irritations respiratoires et des problèmes pulmonaires.

📖 6. Protection contre les ultraviolets

📝 Points essentiels

• L’atmosphère absorbe totalement les UVC de 200 à 280 nm, environ 90 % des UVB de 280 à 320 nm et environ 50 % des UVA de 320 à 400 nm.

• L’ADN absorbe au maximum les UV à une longueur d’onde de 260 nm, située dans la bande des UVC, les plus énergétiques et les plus nocifs pour l’ADN.

• La couche d’ozone protège l’ADN en absorbant totalement les UVC et environ 90 % des UVB.

💡 Astuce mémo

Les UVC sont les plus nocifs, mais la couche d’ozone les absorbe totalement

📖 7. Dommages des UV sur l’ADN

★ À maîtriser

• Les UV provoquent la formation de dimères de thymine, qui déforment l’ADN et perturbent sa complémentarité, entraînant des mutations susceptibles de favoriser une prolifération cellulaire anarchique et un cancer.

Compléments

• Plus la quantité de rayonnement UV reçue augmente, plus le nombre de mutations induites dans l’ADN augmente, ce qui accroît le risque de cancer cutané.

💡 Astuce mémo

UV → dimères de thymine → déformation de l’ADN → mutation → cancer

📖 8. Histoire de l’atmosphère terrestre

★ À maîtriser

• Le dioxygène est apparu dans les océans vers -3,5 Ga grâce à la photosynthèse des cyanobactéries, notamment associées aux stromatolites.

• La couche d’ozone s’est formée vers -0,5 Ga dans la stratosphère, à environ 20–40 km d’altitude, et a contribué à rendre possible la colonisation des continents par la vie en absorbant les UV dangereux.

Compléments

• L’atmosphère primitive était composée d’environ :

  • 80 % de vapeur d’eau
  • 15 % de dioxyde de carbone
  • 5 % de diazote

• L’atmosphère primitive provenait du dégazage volcanique du manteau terrestre et du bombardement de comètes et de météorites.

• Le refroidissement rapide de la Terre a provoqué la condensation de la vapeur d’eau et la formation des océans vers -4,1 Ga.

• Les fers rubanés, datés de -3,8 à -2 Ga, témoignent de l’oxydation du fer dans les océans et constituent un indice de l’oxygénation.

• Le dioxygène est passé dans l’atmosphère vers -2,4 Ga ; les paléosols rouges à partir de -2,2 Ga et la disparition des conglomérats à pyrite après -2,2 Ga en témoignent.

• L’atmosphère actuelle contient environ 78 % de diazote, 21 % de dioxygène et des traces de dioxyde de carbone et d’autres gaz.

• L’équilibre dynamique entre la production de dioxygène par photosynthèse et sa consommation par respiration maintient le taux atmosphérique autour de 21 %.