1 Pour comprendre notre atmosphère, il faut remonter au début du

DOSSIER 1.3 > CONSO ET REGENERATION D’ATP DANS LES CELLULES MUSCULAIRES
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Problématique
Quelle était l’atmosphère initiale ?
Comment a-t-elle évolué pour devenir ce qu’elle est aujourd’hui ?
I. UNE ATMOSPHERE INITIALE BIEN DIFERENTES DE L’ACTUELLE
I.1. Formation de l’atmosphère primitive
Pour comprendre notre atmosphère, il faut remonter au début du globe
terrestre. La Terre, comme toutes les planètes du système solaire, s’est
formée il y 4.56 Ga, par accrétion d’objets cosmiques plus ou moins massifs.
A la suite de cet immense bombardement météoritique, une planète en
fusion s’est plus ou moins structurée vers 4.4Ga.
En refroidissant peu à peu, la Terre magmatique s’est différenciée : les
éléments se sont répartis en fonction de leur densité, les plus denses
migrant vers le centre de la Terre, les moins denses vers la surface. Des
couches concentriques se sont ainsi mises en place : le noyau, le manteau, la
croûte, l’hydrosphère et l’atmosphère.
L’atmosphère terrestre est ainsi formée des éléments les moins denses que la
Terre a pu retenir du fait de sa masse et sa distance au soleil.
I.2. Une atmosphère formée par dégazage du manteau
Les gaz rares de l’atmosphère (hélium, xénon…) fournissent des informations sur
l’origine de l’atmosphère primitive.
L’hélium, gaz très peu dense, s’échappe facilement de l’atmosphère vers l’espace. Il
est pourtant présent dans l’air, ce qui indique qu’il est renouveler en permanence.
On peut effectivement constater que sa teneur est maximale au-dessus des
dorsales océaniques : l’activité volcanique libère de l’hélium qui provient du
dégazage du manteau.
L’atmosphère terrestre s’est donc formée par un dégazage intense et précoce du
manteau (probablement dans les cent premiers millions d’années). Ce dégazage
s’est poursuivi par la suite mais d’une manière lente et continue.
I.3. Une atmosphère initiale dépourvue de dioxygène
Indices :
 Gaz volcaniques produits par dégazage du manteau.
Leur composition varie selon le type d’éruption mais l’eau domine toujours,
de même que CO2, SO2. On trouve aussi : H2S, H2, HCl et du CO.
 Etude du dégazage des météorites type chondrite, dont on pense qu’elles
sont représentatives de la composition moyenne du système solaire (et
donc de la Terre primitive), confirme cette analyse.
Résultats
On peut donc penser que l’atmosphère initiale était riche en eau, dioxyde de
soufre, dioxyde de carbone, diazote mais qu’elle était dépourvue de dioxygène (il
n’y en a ni dans les chondrites, ni dans les gaz volcaniques).
2.1
Sciences de la vie
Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avenir
L’ATMOSPHERE PRIMITIVE ET SON EVOLUTION
Rappels secondes
.
Activité 1
L’atmosphère primitive
de la Terre
Bordas p80/81
Activité 2
Utilisation ATP

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I.4. Evolution rapide de l’atmosphère primitive au début de son histoire
La température diminuant après la phase d’accrétion terrestre, on pense qu’une
partie de la vapeur d’eau initiale s’est condensée (le reste s’est échappée vers
l’espace). Cette eau liquide s’est mêlée à celle apportée par les météorites et les
comètes pour former les premiers océans.
Le piégeage du CO2 atmosphérique a pu alors débuter, le CO2 gazeux diffusant dans
l’hydrosphère. Le refroidissement de la Terre a accentué le phénomène qui est
devenu considérable avec la formation des roches sédimentaires carbonatées.
Ainsi la concentration en dioxyde de carbone atmosphérique a diminué : de
100 000 fois la quantité actuelle il y a 4.5Ga, son taux n’est plus que de 5 à 15 fois la
quantité actuelle il y a 600 Ma.
II. DES TEMOINS SEDIMENTAIRES DE L’ARRIVEEE DU DIOXYGENE DANS
L’ATMOSPHERE
Si l’atmosphère initiale était réductrice (car privée de dioxygène), ce gaz représente
21% de l’atmosphère actuelle. Comment dater l’apparition d’une atmosphère
oxydante ? Certaines formations sédimentaires permettent de fixer aux environs de
– 2.2 Ga cet événement.
II.1. A partir de – 2.2 Ga : arrêt de la formation de fers rubanés et
d’uraninite
> Fers rubanés
 Présentation
o Principales réserves mondiales de fer sont des roches
sédimentaires d’origine océanique.
o Association : gisement de fer et précipitations siliceuses = fers
rubanés
o Datation : - 4 à – 2.2 Ga.
o Ces énormes quantités de fer et de silices ont été apportées par des
eaux douces continentales avant de précipiter en milieu océanique.
Or, si le fer est soluble dans les eaux désoxygénées, il précipite en
hydroxyde ferrique quand les eaux sont chargées de dioxygène.
 Apports des fers rubanés
Avant -2.2 Ga :
o Il n’y a pas de dioxygène dans l’atmosphère (le fer ne pourrait pas
être transporté par les eaux douces) ;
o Il y a en revanche du dioxygène dans les océans (sinon il n’y aurait
pas de précipitation).
Absence de fers rubanés après – 2.2 Ga révèle un changement complet : le
fer n’est plus transporté dans les océans parce qu’il précipite en milieu
continental ; l’atmosphère est donc devenue oxydante.
> Gisement d’uranium en Afrique du Sud (Uraninite) confirme ces conclusions.
 Très anciens (- 3.4 Ga), ils sont sans équivalents plus récents que -2.2Ga.
 Ils contiennent minerais d’uranium dont la forme en boule indique un
transport et une sédimentation à l’état de particules insolubles, et ce, en
milieu continental.
 L’uraninite étant soluble dans les eaux oxygénées, ces formations se sont
nécessairement formées tant que l’atmosphère demeurait réductrice.

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II.1. A partir de – 2.2 Ga : mise en place de couches rouges (red beds)
Avant – 2.2 Ga, les paléosols montrent des appauvrissements en fer qui traduisent
un entrainement du fer dissous par les eaux.
En revanche après -2.2Ga, les paléosols sont riche en hydroxydes ferriques qui leur
confèrent un couleur rouge (comme les sols tropicaux actuels) : on parle couches
rouges (ou red beds). Le fer a donc précipité sur place sans être transporté.
L’atmosphère contient donc bien du dioxygène à partir de cette date.
Ressources
Fer rubanés :
http://planet-terre.ens-
lyon.fr/planetterre/objets/img_sem/XML/db/planetterre/metadata/LOM-Img364-
2011-10-10.xml
http://evolution.biologique.free.fr/histoire/bacterie/formatio.htm
http://wiki.ggl.ulaval.ca/wikimetallogenica/wiki/Formation%20de%20fer%20ruban
n%C3%A9es%20de%20type%20Sup%C3%A9rieur%20(BIF)/
origine de la vie
http://www.exobiologie.fr/index.php/vulgarisation/geologie-
vulgarisation/lenvironnement-de-la-terre-primitive-larcheen-et-lhadeen/
exo
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