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

 

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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  • corrigé

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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  • corrigé

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?

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