3 TP2 correction
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L’eau liquide : condition de la vie sur Terre Correction La Terre est le seul objet du système solaire à posséder de l’eau liquide. Elle est également la seule planète du système solaire à abriter la vie. Quelles sont les conditions nécessaires à la présence d’eau liquide ? Quelles sont les conditions ayant permis à la vie de se développer sur Terre ? Objectifs : Exploiter des documents, raisonner, réaliser un schéma de synthèse. Partie 1 : La Terre : l’eau dans tous ses états. L’eau existe sous 3 formes : solide, liquide, gazeuse. Mais ces formes ne sont pas toujours présentes dans les astres. 1. Quels sont les facteurs qui conditionnent l’état de l’eau ? La pression et la température solidification fusion liquide solide vaporisation liquéfaction gazeux Ø Document 2 : diagramme pression/température et les différents états de l’eau. 2. Quels sont les facteurs qui conditionnent l’état de l’eau ? La pression, la température 3. Complétez le diagramme (cases) et placez les mots « liquide », « solide » et « gazeux » dans les domaines correspondants. Voir schéma 4. Quel est l’état de l’eau pour une température de 100°C et une pression de 10 Pa ? gazeux (+) 2 Document 2: températures et pressions moyennes de quelques planètes.(approximatives) Température minimale (°C) Température maximale (°C) Pression moyenne (Pa) 10 Terre + 80 − 80 (Mont-blanc : 0,510 Pa) Vénus + 450 + 480 10 Mars + 20 − 140 10 5 5 7 2 5. A quelle température l’eau bout-elle au sommet du Mont-blanc ? < 100°C (-------) 6. À l’aide du document 2, tracez les domaines pression/température pour chaque planète, sur le document 2.(↔) 7. Qu’observez-vous ? Les résultats confirment les observations notées dans le tableau (TP1), sauf pour la Terre où l’eau n’est pas à l’état gazeux sur le graphique. Mais il faut considérer que dans l’atmosphère, la pression diminue de façon importante à formation de vapeur d’eau. 8. On estime que l’eau à l’état liquide ne peut exister dans le système solaire que dans une gamme très restreinte de distance au Soleil (comprise entre 0,95 à 1,5 unités astronomiques) = zone d’habitabilité. Que pouvez-vous en conclure ? (docs page 16) La zone d’habitabilité inclut la Terre et Mars mais sur Mars, l’eau n’est pas liquide…donc la zone d’habitabilité indique juste la POSSIBILITE d’avoir de l’eau liquide. Dans le cas de Mars, nous possédons des indices qui nous indiquent que l’eau liquide a existé sur Mars mais les conditions nécessaires ne sont plus aujourd’hui réunies sur cette planète. Sur Mars la pression est trop faible, il faudrait que l’atmosphère soit plus dense à Pression atmosphérique >> à eau liquide.(la taille de Mars était trop petite pour maintenir une production de gaz et les retenir par gravité) Partie 2 : La Terre : une atmosphère indispensable. (utiliser un tableur pour réaliser un graphique) On cherche à comprendre les conditions régnant sur les planètes telluriques. 1. Ouvrez le fichier « excel » et suivre les consignes pour construire le graphique des températures en fonction de la distance au soleil. Planète ou satellite Mercure Venus Terre Lune Mars Température théorique (°C) + 140 + 30 -­‐ 18 -­‐ 18 -­‐ 60 Température réelle (°C) + 140 + 460 + 15 -­‐ 18 -­‐ 48 1. Comparez les températures de surface théoriques et les températures réelles mesurées pour les différentes planètes tellurique (et lune). 2. Expliquez pourquoi la différence entre la température théorique et la température réelle est plus ou moins importante suivant la planète. 3. Comparez les écarts de température de venus, la Terre et Mars. Expliquez les différences constatées en utilisant le tableau 2 page 14 - Les températures théoriques diminuent avec la distance au soleil : les planètes reçoivent de moins en moins d’énergie solaire. - Les températures reelles varient en fonction de la présence d’atmopshère : Les planètes les plus petites : mercure et mars, qui n’ont pas d’atmosphère ont une température réelle qui corespond à la température théorique. Les planètes les plus grosses, vénus et la terre ont une température réelle > à la température théorique. La présence d’atmosphère augmente la tempérauture et d’autant plus que l’atmosphère est épaisse (+ 430° pour Vénus ; +33° pour la Terre) La composition de l’atmosphère intervient aussi (CO2 majoritaire pour Vénus ; N2 et O2 pour la Terre) Mars, planète moyenne avec une atmosphère plus « légère » présente une augmentation de +12° - On retrouve la relation entre la taille de la planète et la mise en place de l’atmosphère, cette atmosphère est donc responsable des augmentations de températures constatées. 4. Comparez les écarts de température de venus, la Terre et Mars. Expliquez les différences constatées en utilisant le tableau 2 page 14 La densité de l’atmosphère (Vénus : 92 x celle de la terre, écart +440°C, alors que Mars : 1/140x la Terre, écart + 10°C) et sa composition explique la différence des écarts. En effet l’atmosphère de Venus contient 96% de CO2//0,03% pour la Terre. Mars possède aussi beaucoup de CO2 mais a une atmosphère très peu dense. - La température d’une planète dépend donc de la distance au soleil et de la présence et de la composition de l’atmosphère Bonus Ø Document 4 : Evolution des taux de CO et d’O au cours des temps géologiques. 2 2 Depuis sa formation, la Terre a connu une très forte chute du taux de CO atmosphérique qui s’est retrouvé piégé dans les roches calcaires avant même l’apparition de la Vie (précipitation de carbonates chimiques). Sans cette capture du CO certains chercheurs estiment qu’il ferait nettement plus de 200 °C sur Terre à l’heure actuelle. Le dioxygène quant à lui, est apparu bien plus tard et a contribué à « l’explosion » des formes de vie autour du globe. 2 2 1. Quelle était la composition de l’atmosphère terrestre lors de sa formation (à)? L’atmosphère était essentiellement constituée de CO2 (CO2 : 100000, O2 : 0) (et de N2) 2. Comment cette composition a-t-elle évolué ? Le taux de CO2 a progressivement diminué tandis que celui d’O2 a commencé à augmenter il y a 2 GA pour se stabiliser à 1 il y a 1GA 3. Pourquoi peut-on dire que la formation des roches calcaires a été un des facteurs contribuant à rendre la vie possible sur Terre ? La diminution du CO2 atmosphérique, piégé dans les roches calcaires, a évité que la T° ne soit trop élevée : 200°C ne serait pas une T° compatible avec l’eau liquide, donc avec la vie. 4. Le dioxygène est-il indispensable à la vie ? Non, Car celle-ci est apparue (à) (3,8 GA) avant la présence d’O2 dans l’atmosphère (debut O2 : 3,1GA ) 5. Expliquez son apparition il y a un peu plus de 3,1 milliards d’années. Il y a 3,1 GA la photosynthèse apparaît,( à ) les végétaux chlorophylliens ont commencé à produire du O2, et à utiliser du CO2 ce qui a fait de nouveau fait baisser le CO2 atmosphérique. La vie et l’atmosphère ont évolué parallèlement depuis la formation de la Terre. Evolution de l’atmosphère Essentielleme nt CO2 (et N2) Température Terre très chaude îCO2 (piégé dans carbonates) (apparition de la photosynthèse) ìO2 et îCO2 Accumulation de l’O2 dans les océans, puis l’atmosphère îT° la vapeur d’eau peur se condenser à formation des océans îT° ; à la faveur de la diminution du CO2, l’effet de serre î, La T° moyenne se stabilise progressivement autour de 15°C. 21% d’O2 à mise en place de la couche d’ozone = protection des UV Explosion de la vie qui peut désormais se développer sur les continents (avec des périodes de dérèglements climatiques liés à des causes naturelles (volcanisme, météorites) Aujourd’hui les activités humaines en faisant augmenter les gaz à effet de serre à accentuation de l’effet de serre = réchauffement climatique NB : L’ozone (O3) se forme en haute altitude par réaction des rayons UV sur l’O2. Dès que l’O2 a atteint un taux suffisant, l’O3 s’est accumulé en formant une couche protectrice. Les UV sont nocifs pour les cellules vivantes, ils détruisent leur ADN. Sans la couche d’ozone, le développement de la vie n’était pas possible hors de la protection des océans. Bilan du TP : La Terre est située dans la zone d’habitabilité du système solaire, zone où les conditions de température sont compatibles avec l’existence d’eau liquide, donc de vie. Cependant si la distance au soleil est idéale, elle n’explique pas, seule, la T° idéale de 15°C. En effet l’état de l’eau est contrôlée par un autre facteur, la pression qui est liée à la présence d’une atmosphère et à sa densité. La taille de la Terre lui a permis de libérer des gaz (dégazage des volcans) qu’elle a pu retenir par gravité pour former une atmosphère suffisamment dense. Pression idéale + T° idéale = Eau liquide. Taille idéale + Distance idéale au soleil = eau liquide. Cependant, il semble que la composition de l’atmosphère joue un rôle important. C’est la diminution du CO2, liée aux activités géologiques puis à l’apparition de la photosynthèse qui a permis d’atteindre la T° idéale de 15°C.
