expose sur l’Atmosphère

« La Terre s’est formée il y a 4,5 Ga par accrétion d’objets cosmiques plus ou moins massifs.

Une planète en fusion s’est peu à peu structurée, la Terre s’est différenciée, les éléments se sont répartis en fonction de leur densité, les plus lourds migrant vers le centre de la Terre, les plus légers vers la périphérie.

Des enveloppes concentriques se sont ainsi mises en place : noyau, manteau, croute, hydrosphère, atmosphère.

L’atmosphère, c’est une couche de gaz située à la surface d’une planète. Sur Terre, elle a favorisé l’apparition de la vie, et son maintien au cours des millions d’années et forme les éléments les moins denses que la Terre a pu retenir du fait de sa masse et de sa distance au soleil. Comment a-t-on pu passer de cette atmosphère dite « primitive » à l’atmosphère respirable, riche en dioxygène, telle qu’on la connaît aujourd’hui ? I. L’Origine de l’Atmosphère primitive : une atmosphère primitive bien différente de l’actuelle Lors de la formation du système solaire, le nuage de poussière interstellaire s’est aggloméré sous l’effet de la gravité, le cœur s’est échauffé et a donné le Soleil.

Dans le même temps, en périphérie des particules sont rentrées en collision et ont donné des blocs de plus grosse importance comme la Terre. Sur la Terre, l’intense bombardement météoritique qui a eu lieu durant les 100 premiers millions d’années de sa formation ont amené à la formation d’une couche magmatique. En se dégazant, cette couche magmatique a permis l’enrichissement en différents gaz de cette atmosphère primitive. A.

Une atmosphère formée par dégazage du manteau Les gaz rares de l’atmosphère fournissent des informations sur l’origine de l’atmosphère primitive.

L’hélium est un gaz très peu dense qui s’échappe facilement de l’atmosphère vers l’espace.

Il est pourtant présent dans l’air ce qui indique qu’il est renouvelé en permanence.

La teneur maximale d’hélium se situe au-dessus des dorsales océaniques, donc l’activité volcanique libère de l’hélium qui provient du dégazage continu du manteau. L’étude des gaz rare nous indique donc que l’atmosphère terrestre s’est formée par un dégazage intense et précoce du manteau (probablement dans les cent premiers millions d’années qui ont suivi l’accrétion terrestre).

Ce dégazage s’est poursuivi par la suite mais d’une manière lente et continue.

On pense que les météorites de type chondrite sont représentatives de la composition moyenne de la Terre primitive.

L’analyse de la composition des gaz chondritiques nous permet donc d’avoir une idée de la composition de l’atmosphère primitive. On peut donc penser que l’atmosphère initiale était riche en eau, dioxyde de carbone, en diazote mais qu’elle était dépourvue de dioxygène. L’atmosphère primitive provenant du dégazage du manteau, les gaz volcaniques actuels, produits par le dégazage du manteau représentent une source d’information. Leur composition varie en fonction du type d’éruption mais l’eau prédomine toujours, il contient dioxyde de carbone, du diazote, du dioxyde de soufre mais pas de dioxygène. L’étude des météorites et des gaz volcaniques nous fournissent donc des informations sur la composition de l’atmosphère primitive. B.

CO2 piégé, O2 libéré : mécanismes chimiques et biologiques Le passage de l’eau de l’état gazeux à l’état liquide entraîne la dissolution d’une grande partie du CO2, sous forme d’ions carbonates HCO3- , et sa précipitation, à l’origine de la formation des roches carbonatées CaCO3 (réaction de HCO3- avec Ca2+ lithosphérique). Dès -3,8 Ga, la présence et surtout l’activité de procaryotes photosynthétiques (les cyanobactéries, producteurs de dioxygène) favorise la précipitation des carbonates. Les cyanobactéries captent les ions carbonates présent dans les océans, qu’ils associent aux ions calcium ; il en résulte la formation de dioxyde de carbone, d’eau et d’un dépôt calcaire : 2 HCO3- + Ca2+ → CO2 + CaCO3 + H2O. • Le dépôt calcaire est à l’origine de la formation de structures appelées stromatolites.

Ce témoignage fossile de l’activité des cyanobactéries est constitué de l’empilement de feuillets calcaires (concrétions calcaires). • Le CO2 formé est piégé par les bactéries qui l’utilisent pour réaliser la photosynthèse. De l’activité photosynthétique, il résulte : - De la matière organique ; - Du dioxygène, O2, dégagé dans le milieu ; selon l’équation : 6 CO2 + 12 H2O + énergie solaire → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O À partir de - 3,5 Ga, la diversification des espèces photosynthétiques et leur prolifération, par une photosynthèse de plus en plus active, ont induit une fixation de plus en plus importante de CO2 et par conséquent, une libération accrue de dioxygène dans l’atmosphère. C.

Évolution de la composition de l’atmosphère La libération du dioxygène au cours de la photosynthèse est apparue précocement. Une partie de ce gaz s’est dissoute dans l’eau, mais, pour l’essentiel, le dioxygène s’est trouvé piégé dans des composés minéraux, abondants dans le domaine océanique.

Les composés minéraux sont alors passés de l’état réduit à l’état oxydé. Les abondants gisements d’oxydes de fer, datés de - 3,8 à - 2 Ga, témoignent de cette oxydation. Après saturation du milieu marin (le dioxygène y a oxydé la majorité du fer disponible), l’apparition des premiers sols oxydés (présence de fers rubanées) vers - 2 Ga atteste de l’augmentation de la teneur en dioxygène dans l’atmosphère où il s’est accumulé progressivement. La quantité de dioxygène atmosphérique n’a cessé de croître jusqu’à - 0,4 Ga.

Cette augmentation est attribuée à la prolifération et à la diversification d’espèces photosynthétiques et à la faible consommation en O2 puisque le phénomène de la respiration apparaît plus tard (le dioxygène, toxique pour les êtres vivants anaérobies, favorise le développement de nouvelles espèces capables de l’utiliser et de libérer, par respiration, du dioxyde de carbone). Ce déséquilibre, associé à la fossilisation d’une partie de la matière organique, a rendu possible cette accumulation de dioxygène jusqu’à sa teneur actuelle. Depuis, l’équilibre entre production et consommation de dioxygène et de dioxyde de carbone s’est instauré, permettant le maintien d’une atmosphère oxydante. La présence de dioxygène dans la haute atmosphère a progressivement permis la formation d’une couche d’ozone (O3), protectrice contre les UV, permettant l’apparition, puis la diversification d’une vie hors de l’eau. II. Le passage de l’atmosphère primitive à l’atmosphère actuelle A.

Passage de l’atmosphère primitive à l’atmosphère archéenne Aujourd’hui, la majorité des minéraux sont oxydés.

Ils se sont formés dans une atmosphère riche en O 2. Mais, certains paléosols révèlent la présence de minéraux réduits : les uraninites (UO2) et la sidérite (carbonate de fer) n’ayant pu se former qu’en présence d’une atmosphère pauvre en O2 . Une atmosphère de ce type s'est formée à partir de - 3,5 Ga.

L’apparition du O2 dans l’atmosphère est tout d’abord dû à la photolyse de l'eau : 2 H2O O2 + 4H+ + 4e-. Mais c’est aussi la date de l’apparition de la Vie sur Terre.

Ce sont des êtres vivants rudimentaires, unicellulaires capables de se reproduire de façon autonome et d’utiliser les molécules pour se nourrir. Les stromatolites datant de - 3,5 Ga sont les témoins de cette vie.

Ce sont des roches calcaires,.... »