Seconde étape le cycle biogéochimique moderne du soufre se met

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Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avenir
TP1 : L’atmosphère primitive et son évolution
Objectif du TP : L'atmosphère de la Terre a une composition chimique unique dans le système solaire.
Quelle était sa composition à son origine et comment a-t-elle évoluée ?
Activité 1 : L’atmosphère primitive terrestre
A partir des informations tirées des documents 1, 2 et 3, expliquer en quoi l’étude des météorites et des
volcans nous renseigne sur l’histoire de la composition de l’atmosphère primitive dont vous proposerez une
composition.
Activité 2 : Evolution de l’atmosphère primitive et apparition du dioxygène
A partir des informations tirées des documents 4, 5 et 6, proposer une hypothèse concernant les mécanismes
expliquant le passage d’une atmosphère réductrice à une atmosphère oxydante.
BILAN : Résumer l'ensemble de ces informations sous forme d'un schéma de synthèse.
On attend sur le schéma des dates et les principaux évènements qui se sont produits au cours de l´histoire de
la Terre expliquant l´évolution de l´atmosphère primitive et de l´apparition du O2.

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Document 1 : La formation des enveloppes terrestres
Les plus vieilles roches du système solaire sont des météorites de 4,5 Ga. Parmi celles-ci, les chondrites sont apparues en même
temps que le reste du système solaire elles sont indifférenciées et n’ont subi aucune évolution notable, par opposition aux
achondrites qui proviennent de la fragmentation d’objet qui ont préalablement subi une différenciation (à l’origine du manteau et
du noyau) et d’un dégazage (à l’origine de l’atmosphère).
Document 2 : Météorites et atmosphère primitive
Document 3 : volcanisme et atmosphère primitive
Les roches volcaniques, d’origine profonde, issues de la fusion partielle du manteau
(basaltes des points chauds par exemple) renferment des inclusions fluides c'est-à-
dire des sortes de bulles emprisonnées dans les minéraux. Ces gaz d’origine
mantellique profonde n’ont pas pu être contaminés par des fluides actuelles (eau
infiltrée, fluides libérés dans les zones de subduction …)
Composition des inclusions fluides
dans les roches volcaniques
issue du dégazage du manteau

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Document 4 : Les témoins de l’apparition du dioxygène

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Document 5 :
L'évolution de la teneur de l'atmosphère en dioxygène est l'objet de nombreuses incertitudes. Le modèle présenté ici synthétise les
données et les incertitudes les plus récentes (2008). Le trait noir et la zone vert foncé indiquent la valeur « probable » de cette
teneur. Les rectangles verts indiquent le domaine d'incertitude où pourrait se trouver la valeur réelle. La « brusque » augmentation
du dioxygène atmosphérique vers -2,5 Ga pourrait avoir été moins brutale que dessinée ici et s'être poursuivie jusque vers –2 Ga.
Document 6 : les plus vieux organismes producteurs de dioxygène
Photos de stromatolites fossiles
Les stromatolites sont des formations
souvent calcaires, d’aspect mamelonné,
dont les plus vieux fossiles sont âgés de
3,8 Ga.
Les stromatolites existent encore
aujourd’hui dans des milieux aquatiques,
peu profonds. Ces constructions sont dues
à des micro-organismes photosynthétiques
appelés des cyanobactéries.
Photo de stromatolites actuels, baie de Shark, en Australie
Atmosphère
réductrice
Atmosphère
oxydante

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Correction TP 1
Activité 1 : l´atmosphère primitive s’est formée par un dégazage du manteau
Le document 1 permet de définir les phénomènes d’accrétion et de différenciation à l’origine des enveloppes
terrestres. Il permet d’engager l’idée d’un dégazage du manteau à l’origine de l’atmosphère. Les documents vont
apporter des indices en faveur de cette hypothèse.
L’atmosphère terrestre s’est formée suite à un dégazage intense et précoce, durant les 150 premiers millions
d’années, et qui s’est poursuivi par la suite d’une manière lente et continue.
 lien vidéo : http://blinks3.free.fr/d_TeS_spe/climats/05/doc_2/index.html
Les documents 2 et 3 donnent une idée de la composition de l’atmosphère primitive en se basant sur les
émissions volcaniques et le dégazage des météorites indifférenciées (chondrites). Ils montrent une atmosphère
initiale réductrice, riche en CO2.
Le dégazage des météorites de type chondrite, dont on pense qu’elles sont représentatives de la composition
moyenne du système solaire (et donc de la Terre primitive), donne des composés chimiques identiques et dans des
concentrations proches de ce que l’on peut trouver dans les émissions volcaniques.
On pense donc que, lorsque les enveloppes terrestres se sont formées par différenciation, le dégazage précoce du
manteau a conduit à la formation d’une atmosphère très réductrice, riche en dioxyde de carbone, en diazote, en
dioxyde de soufre et en eau.
Bilan activité 1 : On peut reconstituer la composition initiale de l’atmosphère terrestre en étudiant les gaz émis par
les volcans ou en provoquant le dégazage de certaines météorites représentatives du système solaire primitif. En
effet, on peut prouver par l’analyse de gaz rares que l’atmosphère s’est formée par un dégazage précoce du manteau
terrestre qui se poursuit toujours via les manifestations volcaniques. L’atmosphère primitive de notre planète était
dépourvue de dioxygène (contre 21 % aujourd’hui), riche en eau (85% contre < 1 %) et en dioxyde de carbone (15 %
contre 0,03 %).
Cette atmosphère primitive se serait ensuite modifiée sous l'influence de phénomènes astronomiques (comètes
apportant l'eau), géologiques (volcanisme, érosion continentale…) et biologiques (échanges gazeux des divers
métabolismes).
Activité 2 : D’une atmosphère réductrice à une atmosphère oxydante
Le document 4 présente les fers rubanés, leur datation, leur formation marine à partir d’éléments issus des
continents. Le fer a été amené du milieu continental mais c’est dans le milieu marin qu’il a sédimenté : origine
sédimentaire de ces roches (couches successives superposées).
Les fers rubanés présentent un aspect laminé. On peut voir sur la photographie la présence de couches successives
qui évoquent la précipitation successive de différents niveaux ferriques intercalés entre des niveaux siliceux. Cet
aspect est compatible avec l’hypothèse d’une formation par précipitation chimique et sédimentation.
Les fers rubanés indiquent donc que :
 avant 2,2 Ga, il n’y a pas de dioxygène dans l’air (le fer ne pourrait pas être transporté par les eaux douces)
mais il y a du dioxygène dans les océans (sinon il n’y aurait pas de précipitation) ;
 après 2,2 Ga, l’absence de fers rubanés révèle un changement complet : l’atmosphère devenue oxydante fait
que le fer précipite en milieu continental. Il n’est plus transporté dans les océans. Il se forme des sols rouges.