CH 1 : L`atmosphère primitive et son évolution Peu après sa

CH 1 : L’atmosphère primitive et son évolution
Peu après sa formation, la Terre s’est entourée d’une atmosphère dite primitive.
Comprendre les phénomènes à l’origine de l’évolution de notre atmosphère nous permettra peut être d’anticiper
l’évolution actuelle de celle-ci…
On cherche à comprendre comment cette atmosphère s’est mise en place?
Quels sont les indices de sa composition et de son évolution?
Comment expliquer l’atmosphère actuelle?
http://didac.free.fr/5563_041/index.htm
1. La composition de l’atmosphère primitive
a- La formation des enveloppes terrestres (doc.1.pdf)
b- La composition de l’atmosphère initiale (doc.1.pdf)
La première atmosphère de notre planète est la conséquence du bombardement des météorites il y a 4,5 Ga. Les
impacts ont dégagé une telle énergie cinétique que la surface de la Terre est entrée en fusion. Le magma de sa
surface a dégagé des gaz (c'est le dégazage) dont la composition devait être comparable à celle des gaz
volcaniques actuels et des gaz des météorites. La planète s'est enveloppée de sa première atmosphère dont la
composition était très différente de l'actuelle.
Comment passe t on d’une atmosphère riche en dioxyde de carbone et sans dioxygène (= primitive) à la situation
inverse (= actuelle) ?
2. L’évolution de la composition atmosphérique
a- Le piégeage du CO2 (doc.2.pdf)
Les océans se sont formés par condensation de la vapeur d’eau initialement liée à l’accrétion terrestre ainsi qu’au
dégazage du manteau.
-Le dioxyde de carbone a lui aussi largement diminué au début de l’histoire de la Terre:
 en s’équilibrant en milieu océanique de par sa forte solubilité
 par la formation de roches carbonatées en milieu océanique
Parmi les indices de cette évolution:
-La connaissance du coefficient de solubilité du CO2 dans l’eau
-Le mode de formation de roches anciennes: climat chaud dès – 3.5 Ga et beaucoup plus froid dès – 2.5 Ga.
-La répartition des stomates sous les feuilles des végétaux.
La quantité de dioxyde de carbone n’a cessé de diminuer depuis la formation de la Terre. Son piégeage a
participé à la diminution de la température et à la condensation de l’eau (= océans).
b- Le passage d’une atmosphère réductrice à une atmosphère oxydante (doc.3.pdf)
Si l’atmosphère initiale était réductrice, le dioxygène représente 21% de l’atmosphère actuelle. Comment dater
l’apparition d’une atmosphère oxydante. ?
Trois types d’indices nous permettent de fixer aux environs de -2 GA cet évènement et nous informent sur
l’évolution primitive de l’oxygène dans l’atmosphère.
Les paléosols rouges riches hydroxydes ferriques
Ce sont des formations géologiques formées dans des eaux continentales (fleuves) et contenant de l’oxyde ferrique.
Elles ne peuvent se former qu’en présence d’oxygène atmosphérique. Ces couches n’existent pas avant - 2 Ga dans
les dépôts sédimentaires de même nature ce qui indique qu’il n’y avait pas d’oxygène libre dans l’atmosphère avant
cette date.
Les uraninites et la pyrite
Les uraninites, minerais d’uranium, dont la date de dépôt va de - 3.4 Ga à - 2.2 Ga ne sont pas stables en conditions
oxydantes ce qui indique qu’elles se sont formées alors que l’atmosphère était encore réductrice donc avant
qu’existe une quantité significative d’oxygène dans l’atmosphère. Leur absence après - 2.2 Ga pourrait être
expliquée par l’apparition de l’oxygène atmosphérique vers cette date.
Il en est de même pour les formations de pyrite, un sulfure de fer.
Ainsi, il semble que, jusqu’à environ - 2Ga, la teneur en oxygène de l’atmosphère soit restée très faible malgré
l’existence d’organismes photosynthétiques. Dans ce cas, qu’est devenu le dioxygène produit par les premiers
organismes photosynthétiques ?
Les gisements de fer rubané
Les formations de fer rubané datant de - 3 à - 2 Ga environ se sont déposées en milieu marin par précipitation de
substances dissoutes. Cette précipitation a lieu, par exemple, quand des ions ferreux rencontrent de l’oxygène
dissous. Elles montrent que de l’oxygène était déjà présent dans le milieu marin à cette époque mais que
l’atmosphère devait en être dépourvu car, sinon, le fer n’aurait pu être transporté sous forme dissoute. Leur
disparition après – 2.2 Ga et l’apparition d’oxydes de fer en milieu continental indiquent que le taux d’oxygène a du
augmenter à partir de cette date dans l’atmosphère.
c- évolution de l’atmosphère liée à celle de la vie.
 Un dioxygène d’origine biologique
L’étude du rapport isotopique 13C/12C de sédiments datés de – 3,7 à – 3,8 Ga pourrait montrer que, dès le début
de l’Archéen voire peut-être avant, il y avait une activité photosynthétique, donc une libération de dioxygène
possible. La plus ancienne formation sédimentaire interprétée comme résultante d’une activité biologique, datée
de – 3,5 Ga contient des structures appelées stromatolithes.
Actuellement, ce type de formation se met en place grâce à l’activité photosynthétique des cyanobactéries.
Le dégagement de dioxygène par l’activité des cyanobactéries aurait oxydé Fe2+ en Fe3+. Ce dernier, insoluble dans
l’eau, aurait réagi avec le dioxygène pour former l’hématite. La précipitation de ces oxydes de fer implique deux
choses :
• L’océan archéen est réduit car pourvu d’ions Fe2+
• Le dioxygène dégagé par photosynthèse n’a pas oxydé immédiatement l’atmosphère, puisqu’il était piégé dans les
oxydes de fer.
L’atmosphère archéenne était donc dépourvue de dioxygène, ou très pauvre en O2 (moins de 0.2%)

Une évolution conjointe de l’atmosphère et de la biosphère
Si la vie a permis l’évolution de la composition de l’atmosphère terrestre, ces transformations ont en retour
fortement influencé la vie. Le dioxygène étant très défavorable aux microorganismes fermentaires méthanogènes,
l’avènement du dioxygène a dû s’accompagner de leur disparition en masse. On pense même que cela aurait pu faire
diminuer l’effet de serre terrestre et donc refroidir considérablement le climat.
Le dioxygène d’abord toxique s’est avéré très précieux par la suite lorsque l’évolution a permis la respiration,
métabolisme utilisant le dioxygène et permettant un rendement énergétique bien plus élevé. De la même façon, la
formation de la couche d’ozone à partir du dioxygène atmosphérique est une acquisition essentielle. En protégeant
la surface de la planète d’une partie des rayons ultraviolets du soleil, elle a permis l’épanouissement de la vie hors
de l’eau, il y a 360 Ma.
Conclusion :