Terminale S - Enseignement de spécialité

Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avanir
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Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avenir (10 semaines)
Chapitre 6 : L’atmosphère primitive et son évolution
Comment s’est constituée l’atmosphère primitive ? Quelle était sa composition ?
I.
L’atmosphère primitive réductrice
1.
La formation de l’atmosphère primitive lors de la formation des enveloppes terrestres
Livre p 80
La Terre s’est formée il y a 4,6 Ga par accrétion d’objets et de poussières cosmiques. La Terre magmatique initiale a ensuite commencé son
refroidissement pour se différencier assez rapidement en couches concentriques (noyau, manteau, croûte, hydrosphère, atmosphère) par
répartition des éléments en fonction de leur densité. L’atmosphère terrestre initiale fut donc formée des éléments les moins denses que la
terre ait pu retenir du fait de sa masse et de sa distance au soleil (voir Seconde vitesse de libération).
2.
La composition de l’atmosphère primitive
Livre p 81
L’étude des dégazages volcaniques actuels, des gaz rares et des chondrites (météorites non différenciés qui reflètent l’état initiale de la
planète) nous apportent des informations sur la composition et provenance des gaz atmosphériques primitifs.
L’atmosphère terrestre s’est formée par un dégazage intense du manteau terrestre lors des 100 premiers Ma (surtout H2O et CO2, SO2,
Hélium, Xenon, H2S, N2)
Il n’y avait donc pas d’oxygène dans l’atmosphère primitive mais beaucoup plus de H 2O (80% ?) et CO2 (12% ?) qu’aujourd’hui.
L’atmosphère primitive de la Terre était réductrice.
Comment expliquer le passage de l’atmosphère primitive à une atmosphère oxydante ?
II. Le passage de l’atmosphère primitive réductrice à une atmosphère oxydante
1.
Les pluies diluviennes et la formation des océans
Livre p 82
Le refroidissement de la Terre après l’accrétion initiale provoque la condensation de la vapeur d’eau atmosphérique. Avec l’eau provenant
des bombardements météoritiques, cette condensation engendre des pluies diluviennes et la formation des premiers océans dès -4,4 Ga.
2. Le piégeage massif du CO2 dans les océans primitifs
Livre p 82 et 83
Le CO2 étant soluble dans l’eau et cette solubilité étant plus importante lorsque les températures diminuent, une grande quantité de CO2
atmosphérique initial a du se solubiliser dans l’eau des océans primitifs lors du refroidissement.
Cette augmentation de la solubilisation provoqua une forte production de roches sédimentaires carbonatées.
3. La présence d’oxygène dissous dans l’hydrosphère dès 4 Ga
Livre p 84, 85, 86
Le fer soluble dans les eaux non oxygénées, précipite en hydroxyde de fer dans les eaux oxygénées. On retrouve des roches sédimentaires
océaniques appelées fers rubanés constituées d’hydroxyde ferreux précipités. Le fer soluble devait donc être transporté par les eaux
continentales non oxygénées jusqu’à la mer où il précipitait en présence d’oxygène.
Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avanir
Les premiers producteurs océaniques de dioxygène devaient être des procaryotes photosynthétiques de type cyanobactéries. On retrouve des
stromatolithes (concrétions calcaires fossiles) traces de la présence de ces cyanobactéries il y a 3, 5 Ga. La photo oxydation de l’eau par des
cyanobactéries a dû être à l’origine de l’oxygénation initiale des océans.
4. La présence d’oxygène dans l’atmosphère à partir de 2,2 Ga
Livre p 85
L’absence de fers rubanés océaniques après 2, 2 Ga indique l’apparition de l’oxygène à partir de 2,2 Ga dans l’atmosphère.
La présence d’hydroxydes ferreux dans les paléosols continentaux à partir de 2, 2 Ga confirme cette hypothèse.
Il aura fallu presque 2 Ga pour que la quantité de dioxygène soit assez importante pour s’évaporer dans l’atmosphère à partir de
l’hydrosphère.
La présence de dioxygène atmosphérique est à l’origine de la mise en place de la couche d’ozone O3 qui est à partir de 400 Ma a mettre en
relation avec l’explosion de la vie aérienne.
Bilan p 88, 89, 90, 91
La vie est donc à l’origine d’une des évolutions majeures de l’atmosphère terrestre qui en retour est responsable de modifications majeurs du monde
vivant : on peut parler d’interrelation temporelle entre l’atmosphère et la biosphère. En effet la couche d’ozone en bloquant les rayons UV a permis
l’explosion de la vie en dehors de l’hydrosphère. L’atmosphère oxydante fut un facteur de sélection positif des espèces aérobies et négatif des espèces
anaérobies initiales grâce à la respiration et à son haut rendement énergétique.