La dynamique interne de la terre
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La dynamique interne de la terre
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La mobilité horizontale
des plaques lithosphériques
La mobilité horizontale
des plaques lithosphériques
CHAPITRE 1 :
L'atmosphère terrestre
et la vie
partie 1
PROBLEMES :
-
Quelle était l'atmosphère primitive de la Terre ?
-
Comment peut-on la connaître ?
-
Comment a-t-elle évolué depuis sa formation ?
1) L'origine de l'atmosphère primitive
La Terre a commencé à se former il y a -4,57 Ga
(voir le chapitre sur "Histoire de l'âge de la Terre" vu en première Enseignement Scientifique).
C'est l'agglomération de gaz, de poussières et d'éléments de différentes tailles qui ont d'abord constitué la Terre primitive. On parle de phénomène d'accrétion.
Durant les 50 à 100 millions d'années qui vont suivre un intense bombardement de météorites a lieu, ce qui conduit à une intense libération d'énergie thermique, jusqu'à la fusion qui engendre une couche magmatique autour de la Terre.
Cette couche de magma dégaze ensuite, de nombreux éléments volatils s'échappent et vont former l'atmosphère primitive.
Le refroidissement de cette couche magmatique entraîne la formation d'une croûte basaltique et d'un manteau, tous deux solides.
Ces enveloppes poursuivent leur dégazage, ce qui enrichit progressivement l'atmosphère en gaz.
Dès -4,3 Ga l'atmosphère primitive est stabilisée.
Les bombardements de météorites et de comètes enrichissent encore l'atmosphère primitives en certains éléments volatils, comme l'eau.
Ce bombardement continue entre -4,4 et - 3,9 Ga, tout en diminuant progressivement.
2) Connaître la composition de l'atmosphère initiale
les chondrites représentent plus de 80 % des météorites qui tombent sur Terre. (Les autres sont issus d'objets plus massifs, sièges de réactions physico-chimiques ayant modifié la composition des roches au fil des temps géologiques).
Au contraire, les chondrites, qui doivent leur nom aux chondres qu'elles contiennent presque toutes (de minuscules perles de matériau fondu, souvent plus petites qu'un grain de riz), se sont formées durant les premiers stades du Système solaire. Quand on examine au microscope des lames minces de chondrites, elles se révèlent d'une grande beauté .
Ce qu'il faut savoir faire :
Expliquer comment on peut connaître la nature de l'atmosphère primitive ?
Expliquer l'origine de l'atmosphère primitive et donner sa composition probable.
Indiquer les principales évolutions de la composition de l'atmosphère terrestre.
3) La disparition de l'eau
atmosphèrique.
La vapeur d'eau constituait la grande majorité de l'atmosphère primitive de la Terre, (plus de 80%), alors qu'elle ne représente au jourd'hui que 0,1 à 4%.
L'eau atmosphérique a donc "disparu" au profit des océans, dont la formation résulteraient de "fortes pluies".
Dans la région de Jack Hills, à l’ouest de l’Australie, existe un socle géologique très ancien, dès le début des années 80, l’existence de zircons très âgés y a été mentionnée pour la première fois.
En 2001 une équipe internationale dirigée par Simon Wilde, géologue à l’Université technologique Curtin, en Australie, a réussi à dater les fragments de zircon les plus anciens.
(méthode de datation par radiochronologie = la transmutation de l'Uranium en Plomb).
Zircon. Vu en cathodolumi-nescence, ce zircon d’une taille de 400 microns (0,4 mm) est le plus ancien connu, puisqu’il compte 4,4 milliards d’années.
© John Valley, University of Wisconsin
Ce morceau de Zircon microscopique (mesurant 220 microns sur 160) a 4,4 Ga, il s’est formé à une époque très proche, à l’échelle géologique, de celle de la naissance de la Terre, qui, elle, a eu lieu il y a 4,54 milliards d’années.
C'est la plus ancienne preuve de la présence d'eau liquide sur notre planète.
Ce minéral se forme dans les magmas granitiques riches en eau. Ce Zircon est la preuve que la formation des océans a eu lieu très tôt dans l'histoire de la Terre.
Les roches magmatiques dans lesquelles il a pris naissance et s’est cristallisé n’existent plus: elles ont été détruites par l’érosion et la tectonique des plaques. C’est d’ailleurs pour cette raison qu’il n’existe plus sur Terre de roches plus anciennes que les gneiss d’Acasta, au Canada, qui n’ont «que» 4 milliards d’années.
Mais le zircon, lui, a perduré. «Il résiste très bien aux attaques physico-chimiques liées à l’érosion; il est donc bien armé pour faire face aux aléas du temps.» Lorsque sa roche mère s’est désagrégée, «il a pu être libéré et transporté, puis il s’est accumulé dans des roches détritiques», c’est-à-dire des roches sédimentaires formées par l’accumulation de débris d’autres roches.
Pour comprendre les conditions qui ont permis la condensation de l'eau on utilise le diagramme de phase de l'eau qui permet de connaître l'état de l'eau en fonction de la Pression et de la Température, 2 paramètres qui modifient l'état de l'eau.
Pour exploiter ce document on peut par exemple déterminer l'état de l'eau en connaissant la température et la pression.
On peut aussi évaluer la pression en connaissant la température et l'état de l'eau ... Il s'agit d'une simple lecture de graphique.
On observe l'existence d'un "point triple" à la limite solide/liquide/vapeur.
Au point triple, c'est-à-dire à quelque 610,6 Pa (ou 0,006 atm) et à 273,16 K (ou 0,01 °C), l'eau liquide se met à bouillir et, en même temps, à former des glaçons. Cependant, l'eau ne se transforme pas totalement en vapeur d'eau et les glaçons ne fondent pas non plus.
Le document suivant présente le même diagramme mais avec plus de précision, les chiffres romains indiquent les différentes géométries cristallines de la glace.
En haut les températures sont données en degrès Kelvin, à droite les Pressions sont données en bar.
Quand on atteint le "point critique", les densités du liquide et du gaz étant égales, il n'y a plus de distinction entre les deux : on obtient une sorte de bouillie de gaz/liquide qui n'est ni l'un ni l'autre : on l'appelle fluide supercritique
Connaissances :
Il y a environ 4,6 Ga l'atmosphère primitive était composée de N2, CO2, et H2O. Sa composition actuelle est d'environ 78 % de N2 et 21% de O2 avec des traces d'autres gaz (dont H2O, CO2, N2O).
Le refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère initiale. L'hydrosphère s'est formée dans laquelle s'est développée la vie.
PROBLEMES :
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Quelle est la source du dioxygène atmosphérique ?
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Pourquoi le dioxygène st-il apparu tardivement dans l'air ?
4) Vie terrestre et évolution de l'atmosphère.
Des fossiles très anciens, les stromatolithes, suggèrent que, vers -3,5 Ga des êtres vivants unicellulaires, proches des cyanobactéries actuelles, étaient présents sur Terre.
Capables de réaliser la photosynthèse, ces cyanobactéries fossiles sont les premiers producteurs de dioxygène connus.
Les premières traces de la présence de dioxygène libre dans l'atmosphère remontent à -2,4 Ga.
On observe donc un décalage temporel entre le moment où le dioxygène est produit et son accumulation dans l'atmosphère
Les stromatolithes,
parmi les plus anciens fossiles coNnus
Les cyanobactéries sont capable de faire la photosynthèse, elles effectuent des échanges gazeux avec leur environnement.
Elles absorbent le dioxyde de carbone dissous dans l'eau des océans et rejettent du dioxygène.
On distingue 2 modes de croissance des stromatolithes :
-
par piègeage mécanique des particules minérales par les tapis de colonies bactériennes, suivi de dépôts de nouveaux grains, eux-mêmes encroûtés à leur tour par les cynaobactéries.
-
le second mode par précipitation biochimique de minéraux associés à l'activité photosynthétique.
Dans cette situation 2 réactions chimiques ont lieu :
- La précipitation des ions carbonates sous forme de calcaire
- La photosynthèse, en consommant du CO2, favorise localement la précipitation des carbonates.
et la Vie transforma la Terre !
La majorité du minerai de fer exploité dans le monde se présente sous forme de fer rubané appelé "BIF" (Banded Iron Formation) :
on en trouve par exemple en Australie, au Canada...
Ce sont des roches sédimentaires qui se sont déposées en milieu marin par précipitation de substances dissoutes : il a fallu un apport important en fer et silice par les eaux douces continentales pour que de telles
quantités puissent précipiter.
les fers rubanés datent de -2,5 à -1,9 Ga.
Ces formations contiennent alternativement des couches de couleur rouge riches en hématite (Fe2O3) et de couleur plus sombre car pauvre en ce même minéral.
Trois informations :
- Les océans du globe étaient initialement riches en Fe2+ soluble
provenant de l’activité volcanique, des sources hydrothermales, de l’altération des roches continentales.
- Le Fe3+ est insoluble et précipite sous forme d’oxydes tels que l’hématite (Fe2O3).
- En solution, Fe2+ est vert, Fe3+ est orange à rouille.
BORDAS
Connaissances :
Les premières traces de vie sont datées d'au moins 3,5 Ga.
Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries ont produit le dioxygène qui a oxydé , dans l'océan, des espèces chimiques réduites.
Le dioxygène s'est accumulé à partir de -2,4 Ga dans l'atmosphère.
Sa concentration atmosphérique actuelle a été atteinte il y a 500 Ma.
5) L'histoire du dioxygène dans l'atmosphère.
Le passage d'une atmosphère primitive réductrice, dépourvu en dioxygène, à une atmosphère oxydante, riche en dioxygène, est enregistré dans les roches.
BORDAS
BORDAS
Connaissances :
Les sources et les puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd'hui essentiellement liés aux êtres vivants(photosynthèse & respiration) et aux combustions.
6) La couche d'ozone protège la vie.
BORDAS
BORDAS
Connaissances :
Sous l'effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène stratosphérique peut se dissocier, initiant une transformation chimique qui aboutit à la formation d'ozone.
Celui-ci constitue une couche permanente de concentration maximale située à une altitude d'environ 30km.
La couche d'ozone absorbe une partie du rayonnement UV solaire et protège les êtres vivants de ses effets mutagènes.
7) Cycle biogéochimique du carbone
BORDAS
BORDAS
Connaissances :
Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l'atmosphère, les sols, les océans, la biosphère et les roches.
Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont qualifiés par des flux (tonne/an).
Les quantités de carbone dans les différents réservoirs sont constantes lorsque les flux sont équilibrés. L'ensemble de ces échanges constitue le cycle du carbone sur Terre.
Les combustibles fossiles se sont formés à partir du carbone des êtres vivants, il ya plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d'années. Ils ne se renouvellent pas suffisamment vite pour que les stocks se reconstituent : ces ressources en énergies sont dites "non renouvelables".
On fait le BILAN :
BORDAS
BORDAS
BORDAS
MAGNARD
DEs videos pour comprendre
EXERCICES
