Très intéressante vidéo sur : la formation de la terre, la terre primitive et l’origine de la vie :

L’histoire de l’évolution des minéraux

 

Activités 

Pb I : Comment déterminer la composition de l’atmosphère primitive de la terre?

I- l’atmosphère primitive de la terre TD:

1. Quelles sont les caractéristiques de l’atmosphère actuelle de la terre ? p74.
2. proposer une démarche pour connaître les constituants de l’atmosphère primitive de la terre.
3. Rappeler brièvement les étapes de la formation des enveloppes terrestres . P80
4. Quelles informations nous donnent les gaz rares p 80 doc 2 ?
5. Quelles informations nous donnent les gaz volcaniques p 81 doc 3 ?
6. Quelles informations nous donnent les météorites p 81 doc 4 ?

Bilan

Pb II : quelle a été l’évolution du taux de CO2 dans l’atmosphère  terrestre et quelles en sont ses  causes?

II – l’évolution du taux de CO2  TD:

1. comment déterminer le taux de CO₂ dans le passé ?
2. Quelle a été l’origine des océans doc 1 p82?
3. Rappelez les interactions du CO₂ dans l’eau doc 1 p82
4. Tirez alors la conséquence de la formation des océans sur le taux de CO₂  doc 1 et 2 p82
5. Q2 p83
6. Analysez l’évolution du taux de CO₂  depuis 600 MA et proposez une explication d3 p87

• corrigé

Bilan

• shéma bilan du piégeage de CO₂
• Équation réaction CO₂ ócarbonates

Pb III :  comment la quantité de O2 a-t-elle évolué dans l’atmosphère terrestre et quelles en sont ses  causes ?

III – l’évolution de la quantité de O2   dans l’atmosphère terrestre.

• TD : q1,2 et 3 p 85

conclusion

Bilan

Pb IV :  comment l’évolution des EV a-t-elle influencé  l’évolution de l’atmosphère terrestre?

IV–Rôle des EV sur l’évolution de l’atmosphère

TD Q1,2 ,3, 4 et 5 p87

Bilan

• Exo comment l’atmosphère a-t-elle influencé l’évolution des EV?

 

 Chap: IV                               L’atmosphère primitive de la terre et son évolution

 correction et Bilan

Pb I : Comment déterminer la composition de l’atmosphère primitive de la terre?

I- l’atmosphère primitive de la terre TD:

1. Quelles sont les caractéristiques de l’atmosphère actuelle de la terre ? p74.
2. proposer une démarche pour connaître les constituants de l’atmosphère primitive de la terre.
3. Rappeler brièvement les étapes de la formation des enveloppes terrestres . P80
4. Quelles informations nous donnent les gaz rares p 80 doc 2 ?
5. Quelles informations nous donnent les gaz volcaniques p 81 doc 3 ?
6. Quelles informations nous donnent les météorites p 81 doc 4 ?

Bilan

• La composition des gaz des chondrites (météorites ayant la même composition globale que la Terre) et celle des gaz volcaniques permet de conclure que l’atmosphère primitive s’est formée précocement entre -4,55 et -4,3 Ga (Hadéen) par :
• un dégazage du manteau, lors de la différenciation en enveloppes (croûte, manteau, noyau),
• des apports météoritiques, en partie responsables du stock d’eau,
• l’atmosphère primitive était essentiellement constituée de H2O, de CO2 et de N2, elle ne contenait pas d’O2 : l’atmosphère primitive était réductrice
• schéma p 91

Pb II : quelle a été l’évolution du taux de CO2 dans l’atmosphère  terrestre et quelles en sont ses  causes?

II – l’évolution du taux de CO2  TD:

1. comment déterminer le taux de CO₂ dans le passé ?
2. Quelle a été l’origine des océans doc 1 p82?
3. Rappelez les interactions du CO₂ dans l’eau doc 1 p82
4. Tirez alors la conséquence de la formation des océans sur le taux de CO₂  doc 1 et 2 p82
5. Q2 p83
6. Analysez l’évolution du taux de CO₂  depuis 600 MA et proposez une explication d3 p87

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Doc. 1 et 2 :

• L’origine des océans semble être extra-terrestre.
• L’eau aurait été apportée par :
  • des objets célestes tels les comètes, les astéroïdes ou météorites
  • lors du phénomène d’accrétion
  • la signature isotopique de l’eau des océans et de l’eau des météorites est très proche.
• Le refroidissement de la Terre aurait permis, rapidement (150 Ma après la formation de la Terre), la condensation de l’eau.
• Une fois les océans formés, le CO2 de l’air a diffusé dans l’eau (// la température diminuait).
• Sa concentration atmosphérique a diminué progressivement à mesure que la solubilisation augmentait.

Doc. 3  :

• Les roches sédimentaires très anciennes de Baberton (– 3,5 Ga) montrent :
  • l’existence à cette époque de la présence d’eau liquide,
  • l’existence de phénomènes d’érosion et de transport (les galets sont bien ronds, è transportés par l’eau).
• La température de la Terre était compatible avec cet état liquide.
• Comme l’ensoleillement était plus faible à l’époque, il faut:
  • è admettre que l’effet de serre était plus élevé,
  • è le taux de CO2 devait être encore très important (« paradoxe du soleil froid »).
• Cependant, la présence de traces glaciaires vers – 2,5 Ga semble indiquer que le taux de CO2 a bien diminué par la suite pour permettre l’instauration de conditions climatiques beaucoup plus froides.

Doc. 4 :

• Depuis – 600 Ma, le taux de CO2 atmosphérique a considérablement diminué, il a été divisé globalement par 15.
• Néanmoins, selon les périodes géologiques, ce taux a varié.
• Certaines périodes sont même marquées par des hausses de sa concentration (ère Mésozoïque).
• Une baisse du taux de CO2 est particulièrement notable (– 400 Ma), elle correspond à la colonisation du milieu aérien par les végétaux.

Bilan

Le taux de CO2 atmosphérique :

• était 100 000 fois plus important qu’aujourd’hui dans l’atmosphère primitive,
• il a fortement diminué au cours des temps géologiques.

Cette diminution a pour origines:

• Sa solubilisation dans l’eau de mer
• la formation de roches carbonatées (précipitation et sédimentation)
• Au début des temps fossilifères Il était encore 15 fois supérieur au taux actuel.

Il a diminué progressivement à cause :

• du développement de la photosynthèse,
• de la colonisation du milieu aérien par les végétaux
• le piégeage de la matière organique ainsi produite.
• D’autres mécanismes sont aussi responsables de cette diminution (altération des roches silicatées notamment).

• Le piégeage de CO₂ + Équation bilan

Pb III :  comment la quantité de O2 a-t-elle évolué dans l’atmosphère terrestre et quelles en sont ses  causes ?

III – l’évolution de la quantité de O2   dans l’atmosphère terrestre.

• TD : q1,2 et 3 p 85

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Doc.  1  :

• Les fers rubanés présentent un aspect laminé.
• On observe des couches qui évoquent la précipitation successive de différents niveaux ferriques intercalés entre des niveaux siliceux.
• Cet aspect est conforme avec l’hypothèse d’une formation par précipitation chimique et sédimentation.
• 2 :
• L’uraninite a une origine continentale (origine détritique par l’altération de roches contenant de l’uranium).
• L’uraninite est :

1- soluble dans les eaux oxygénées ;

2- après l’altération, les particules ont donc été transportées par les eaux continentales  dépourvues de dioxygène

3-  elles ont sédimenté enfin lorsque la vitesse du courant a diminué.  (forme arrondie è de ce transport sous forme de particules. )

• Leur absence à partir de – 2,2 Ga semble indiquer que les eaux continentales deviennent riches en oxygène.
• L’atmosphère devait être oxydante.

Doc. 1, 3 et 4 :

• La manipulation proposée indique que :
  • le fer peut exister sous deux formes ioniques en fonction de l’oxygénation de l’eau.
  • Si l’eau est désoxygénée,:
    • le fer est bivalent (Fe2+),
    • cette forme est soluble.
  • Si l’eau est oxygénée,
    • le fer est trivalent (Fe3+),
    • cette forme ionique est insoluble ( le brunissement de l’eau).
  • En milieu réducteur et pauvre en oxygène, le fer est bivalent (Fe2+). Le fer se trouve sous la forme d’hydroxyde ferreux Fe(OH)2 solubles.
  • En milieu oxygéné, le fer est trivalent (Fe3+). Il prend la forme d’oxyde ferrique Fe2O3 ou d’hydroxyde ferrique Fe(OH)3.
  • Ces formes sont insolubles

C/C Les fers rubanés indiquent  que :

• avant – 2,2 Ga,
• il n’y a pas de dioxygène dans l’air (le fer ne pourrait pas être transporté par les eaux douces)
• il y a du dioxygène dans les océans (sinon il n’y aurait pas de précipitation) ;
• après – 2,2 Ga,
• l’absence de fers rubanés révèle un changement complet : l’atmosphère devenue oxydante fait que le fer précipite en milieu continental.
• Il n’est plus transporté dans les océans.
• è Il se forme des sols rouges.

 

Bilan

Dans les eaux oxygénées, le fer précipite en hydroxyde ferrique.

• De – 4 Ga à – 2,2 Ga:
  • des formations sédimentaires contenant du fer précipitent en milieu océanique (fers rubanés).
  • des gisements d’uraninite (nécessitant des eaux dépourvues de dioxygène) se forment sur les continents.
• Après – 2,2 Ga,
  • les gisements de fer sont continentaux (paléosols rouges).
  • L’uraninite ne se forme plus. ( car forte [O₂])
• Du dioxygène :
  • est produit sur Terre à partir de – 4 Ga.
  • il a d’abord été piégé dans les océans
  • Ensuite il a enrichi l’air, il y a 2,2 Ga.

Pb IV :  comment l’évolution des EV a-t-elle influencé  l’évolution de l’atmosphère terrestre?

IV–Rôle des EV sur l’évolution de l’atmosphère

TD Q1,2 ,3, 4 et 5 p87

Doc. 1 :

Les  stromatolites sont des constructions biologiques liées à l’activité de cyanobactéries.

• Elles absorbent le CO2 dissous dans l’eau, è la précipitation du CaCO3autour d’elles.
• Les colonies bactériennes forment des tapis +/- gélatineux è piège des particules minérales présentes dans l’eau.
• Leur activité donne la formation d’une alternance de lits clairs et foncés è  se superposent avec le temps.

Doc. 1 et 2 :

• L’apparition des cyanobactéries a permis la production de dioxygène via le processus de photosynthèse.
• Les plus anciens stromatolites étant datés de – 3,5 Ga, è le dioxygène a commencé à être rejeté dans les océans à partir de cette période.
• Les cyanobactéries ne sont néanmoins pas les seuls êtres procaryotes présents sur Terre dans ces temps anciens.
• Il existe des bactéries méthanogènes.
  • è Ces bactéries, en produisant du méthane par fermentation, auraient pu contribuer à renforcer l’effet de serre naturel dans les temps les plus reculés de l’histoire de la Terre.
• 2 et 3 :
• Si la vie a permis l’évolution de la composition de l’atmosphère terrestre, ces transformations ont en retour fortement influencé la vie.
• cela aurait pu faire diminuer l’effet de serre terrestre è refroidir considérablement le climat.
• Le dioxygène d’abord toxique s’est avéré très précieux par la suite lorsque l’évolution a permis la respiration, métabolisme utilisant le dioxygène et permettant un rendement énergétique bien plus élevé.
• De la même façon, la formation de la couche d’ozone à partir du dioxygène atmosphérique est une acquisition essentielle. En protégeant L’atmosphère primitive et son évolution 297 la surface de la planète d’une partie des rayons ultraviolets du soleil, elle a permis l’épanouissement de la vie hors de l’eau, il y a 360 Ma.
• 3 :
• Les indices des trois grandes étapes de l’évolution de l’atmosphère :
• Les gaz rares de l’atmosphère actuelle et en particulier le xénon (page 80).
• Les fers rubanés et les uraninites (p. 84).
• Les paléosols rouges (p.85).
• L’azote:
• – présente une grande abondance actuelle :
• – car c’ est un gaz relativement inerte.è Il réagit peu avec les autres.
• – Très peu d’êtres vivants sont capables de l’utiliser.
• 3 :
• Il existe un « décalage » entre:
  • le début de la production de dioxygène par les cyanobactéries (– 3,5 Ga)
  • et le début de l’atmosphère oxydante (– 2,2 Ga).
• Ce décalage s’explique par le fait que le dioxygène a d’abord été produit dans les océans,
• il a contribué à la précipitation d’immenses quantités de gisements de fer.

Bilan

• Les premiers producteurs de dioxygène sont probablement les stromatolites, des êtres vivants procaryotes proches des cyanobactéries actuelles.
• Ils ont produit du dioxygène par photosynthèse.
• Les stromatolites les plus anciens sont datés autour de – 3,5 Ga.
• Exo comment l’atmosphère a-t-elle influencé l’évolution des EV?