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Amoureux de la Terre et de la Vie

TS Ch 1 - L’évolution de l’atmosphère terrestre au cours des temps géologiques

  • Comment les enveloppes fluides terrestres (atmosphère, hydrosphère) se sont-elles mises en place ?
  • Pourquoi l’atmosphère de la Terre est-elle si défférente de celle de Vénus ?
  • Quand et comment le dioxygène est-il devenu abondant dans l’atmosphère ?

I - L’atmosphère s’est formée par dégazage du manteau

L’analyse des gaz rares indique que l’atmosphère terrestre s’est formée par un dégazage intense du manteau terrestre dans les cent premiers millions d’années qui ont suivi la formation de la Terre par accrétion. Ce dégazage s’est poursuivi par la suite mais d’une manière lente et continue.

II - L’atmosphère primitive était dépourvue de dioxygène

L’analyse des émissions volcaniques, signatures du dégazage mantellique, mais aussi l’analyse du dégazage des chondrites (météorites représentant la composition de la Terre primitive) permettent d’imaginer la composition de l’atmosphère primitive. Elle devait être réductrice (sans dioxygène), riche en dioxyde de carbone, en diazote, en dioxyde de soufre, en eau.

Composition comparée des gaz volcaniques, des gaz des météorites et de l’atmosphère actuelle

gaz volcaniquegaz des chondrites (météorites)atmosphère actuelle
H2O 83 % 80 % traces
CO2 12 % 15 % 0,03%
N2 5 % 5 % 78 %
O2 0 % 0 % 20,9 %

Composition comparée de l’atmosphère des planètes telluriques

Vénus (actuelle) 96,5% CO2 3,5% N2
Mars (actuelle) 95.3% CO2 2.7% N2
Terre (actuelle) 78% N2 21% O2

Composition supposée de l’atmosphère de la Terre primitive

Terre (primitive) 83% H2O 12% CO2 5% N2

III - L’atmosphère est devenue oxydante, il y a 2,2 Ga *

Le fer précipite en hydroxyde ferrique dans les eaux oxygénées.
De - 4 à - 2,2 Ga, des formations sédimentaires contenant du fer précipitent en milieu océanique (fers rubanés).

Bloc de fer rubané daté de 2,1 milliards d'années (Wikipédia)
Bloc de fer rubané daté de 2,1 milliards d’années (Wikipédia)

Après - 2,2 Ga, les gisements de fer sont continentaux (paléosols rouges). Du dioxygène a donc été produit sur Terre
à partir de - 4 Ga, ce dioxygène a d’abord été piégé dans les océans ; ce n’est qu’à partir de - 2,2 Ga qu’il apparaît dans l’atmosphère.


IV - L’évolution de l’atmosphère et celle de la vie sont liées

Les premiers producteurs de dioxygène sont probablement des procaryotes, proches des cyanobactéries actuelles, qui édifiaient des constructions calcaires mamelonnées, les stromatolites (les plus anciens sont datés autour de - 3,5 Ga). Ces cyanobactéries libéraient du dioxygène par photosynthèse.

Stromatolites (wikipedia)
Stromatolites (wikipedia)

La production de dioxygène a, dans un premier temps, causé des extinctions massives chez les bactéries anaérobies : c’est la Grande Oxydation ou catastrophe du dioxygène. La diminution de l’effet de serre qui s’en aie suivi a provoqué un épisode de la Terre boule de neige, toute la planète étant recouverte de glace.

Cependant, elle a ensuite permis d’accélérer l’évolution des espèces grâce à l’apparition de la respiration et, bien plus tard, a permis la conquête des milieux continentaux par la mise en place de la couche d’ozone.

Mots-clés :
· Dégazage
· Atmosphère primitive réductrice
· Atmosphère oxydante
· Fers rubanés
· Stromatolites
· Cyanobactéries
· Photosynthèse
. Échelle des temps géologiques

L’atmosphère initiale de la Terre était différente de l’atmosphère actuelle. Sa transformation est la conséquence, notamment, du développement de la vie. L’histoire de cette transformation se trouve inscrite dans les roches, en particulier celles qui sont sédimentaires.

* 1Ga = 1 giga an soit 1 milliard d’années

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