Au moment de sa formation, la Terre était probablement déjà dotée d'une atmosphère, mais celle-ci était alors très différente d'aujourd'hui, et hostile à la vie. Show
La composition de l’atmosphère primitive est difficile à deviner, car il n’en reste rien ! Les scientifiques ont cependant assez d’éléments pour affirmer que, au moment de sa formation, la Terre était probablement déjà dotée d’une atmosphère reflétant la composition de la nébuleuse primordiale : hydrogène, hélium, azote, quelques gaz rares… Une atmosphère qui devait s’épaissir durant de courtes périodes à la suite des impacts entre la jeune Terre et d’autres corps célestes. Mais sa véritable atmosphère primitive, notre planète la doit probablement au dégazage de l’océan magmatique qui la recouvrait au terme de sa formation. Azote, vapeur d’eau, dioxyde de carbone, ammoniac, méthane… autant d’éléments que les spécialistes imaginent former un ciel marron chargé d’un brouillard d’hydrocarbures ! Des températures extrêmesL’atmosphère terrestre ne présentait alors pas la moindre trace d’oxygène et donnait probablement lieu à des pluies acides cataclysmiques qui, au fil de centaines de millions d’années, auraient vidé l’atmosphère de son eau et de plusieurs éléments, dont le dioxyde de carbone. Celui-ci s’est fixé dans les roches, entraînant une diminution de l’énorme effet de serre qui régnait à l’origine sur notre planète. La température atmosphérique chute alors vertigineusement : de 300 °C il y a 4 milliards d’années, elle passe à 100 °C vers 3,5 milliards d’années, puis une cinquantaine de degrés il y a 3 milliards d’années. Entre-temps, la vie est apparue et les micro-organismes ont commencé à produire l’oxygène qui nous permet aujourd’hui de respirer ! D’après Science & Vie Questions-Réponses n°33 A lire aussi : • L’Univers primitif était rempli de cocons de gaz • Quand la Terre a-t-elle atteint sa taille définitive ? I De l'atmosphère primitive à l'atmosphère actuelleLa composition de l'atmosphère a évolué de l'atmosphère primitive à l'atmosphère actuelle. L'atmosphère primitive était principalement constituée de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone. L'atmosphère actuelle est pauvre en eau et en dioxyde de carbone mais riche en dioxygène. Le refroidissement de la Terre a permis l'apparition d'eau liquide et la formation des océans. A La composition de l'atmosphèreLa composition de l'atmosphère actuelle est différente de celle qui existait au moment de la formation de la Terre il y a 4,6 milliards d'années. L'atmosphère primitive était riche en eau et en dioxyde de carbone, l'atmosphère actuelle est riche en diazote et en dioxygène. L'atmosphère primitive date de la formation de la Terre, il y a 4,6 milliards d'années. Sa composition proviendrait du volcanisme intense qui régnait à cette époque. En effet, les volcans actuels libèrent principalement de l'eau (sous forme de vapeur d'eau), du dioxyde de carbone ainsi que du diazote et d'autres gaz.  Les principaux changements entre l'atmosphère primitive et l'atmosphère actuelle sont la disparition presque totale de la vapeur d'eau (\ce{H2O}) et du dioxyde de carbone (\ce{CO2}), l'augmentation de la teneur en diazote (\ce{N2}) et l'apparition de dioxygène (\ce{O2}). L'atmosphère actuelle contient de nombreux gaz à l'état de traces. En plus de l'eau et du \ce{CO2}, on trouve du méthane (\ce{CH4}) et du protoxyde d'azote (\ce{N2O}), gaz à effet de serre. B L'apparition de l'eau liquideLe refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère initiale. Cette accumulation d'eau liquide pendant des millions d'années a formé les océans. Les changements d'état de l'eau dépendent des conditions de pression et de température régnant à la surface de la Terre. Actuellement, sur Terre, il règne une pression de 1 atm et une température moyenne de 15 °C, ce qui permet la présence d'eau liquide. Au point triple, l'eau est présente sous les trois états : solide, liquide et gaz. L'atmosphère primitive est épaisse, la température et la pression sont très élevées et ne permettent pas la présence d'eau liquide. L'eau est présente sous forme de gaz, la vapeur d'eau. Peu à peu, la température du sol diminue, entraînant le refroidissement de l'atmosphère. Lorsque la température devient suffisamment basse, la vapeur d'eau passe à état liquide. Les premières gouttes de pluie brûlantes (300 °C) tombent sur le sol. L'atmosphère se vide peu à peu de sa vapeur d'eau, entraînant une diminution de la pression atmosphérique et une diminution de l'effet de serre, favorisant le refroidissement. Il pleut ainsi pendant plusieurs milliers d'années et l'hydrosphère se forme. La température et la pression continuent de chuter pour atteindre celles que l'on connaît aujourd'hui.
II L'enrichissement de l'atmosphère en dioxygèneL'enrichissement de l'atmosphère en dioxygène est initié par l'apparition de la vie dans les océans. Aujourd'hui, les flux de dioxygène sont essentiellement liés aux mécanismes biologiques des êtres vivants ainsi qu'aux combustions. L'abondance du dioxygène a permis la formation de l'ozone dans l'atmosphère à l'origine du développement de la vie sur Terre. A La vie et l'apparition du dioxygène dans l'atmosphèreL'émergence de la vie dans les océans, il y a 3,5 milliards d'années, a permis l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère grâce à des organismes photosynthétiques, les cyanobactéries. À partir de 2,4 milliards d'années, l'atmosphère s'est enrichie en dioxygène grâce aux échanges entre l'océan et l'atmosphère. Pour établir les phénomènes qui se sont produits il y a des millions d'années, les scientifiques utilisent le principe de l'actualisme. Ils considèrent que les phénomènes géologiques du passé se sont formés de la même façon que ceux d'aujourd'hui. C'est ainsi que l'on peut reconstituer l'histoire du passé. Plusieurs indices permettent de reconstituer l'histoire de l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère : la présence de stromatolites, les dépôts de fer rubané, ou encore la présence d'uraninite. Les stromatolites sont des formations calcaires résultant de l'activité de cyanobactéries. Les plus anciennes sont datées de -3,5 milliards d'années. Le \ce{CO2} dissous dans l'eau est utilisé par les cyanobactéries lors de la photosynthèse, libérant ainsi de l'\ce{O2}. L'eau s'enrichit donc en \ce{O2}à partir de -3,5 milliards d'années. Il n'apparaît pas encore dans l'atmosphère. Photosynthèse : 6\ce{CO2}+6\ce{H2O}→\ce{C6H12O6}+6\ce{O2} Cyanobactéries
Les cyanobactéries sont des bactéries photosynthétiques également appelées « algues bleues ». Les dépôts de fer rubané, formations sédimentaires marines, sont composés d'oxydes de fer qui donnent la couleur rouge à ces roches. Ils indiquent la présence d'\ce{O2} dans l'eau. En effet, les ions \ce{Fe2+} présents dans l'eau ne s'oxydent qu'en présence d'\ce{O2}. L'épuisement des ions \ce{Fe2+} ralentit la formation de fer rubané. La teneur en \ce{O2} de l'eau augmente et enrichit l'atmosphère en \ce{O2}à partir de -2,4 milliards d'années. L'hématite \ce{Fe2O3}est un exemple d'oxyde de fer donnant la couleur rouge aux roches. Il se forme selon la réaction suivante : 4\ce{Fe}+3\ce{O2}→4\ce{Fe2O3} D'autres indices corroborent ces résultats :
La teneur actuelle d'\ce{O2}atmosphérique est présente depuis 500 millions d'années et correspond à l'explosion de la vie sur Terre. B Les flux de dioxygèneLes flux de dioxygène s'observent entre l'atmosphère et la biosphère. Les êtres vivants sont à la fois des puits et des sources de dioxygène. La teneur en dioxygène de l'atmosphère est ainsi maintenue. Les combustions liées aux activités humaines s'ajoutent aux puits naturels de dioxygène. Une source d'\ce{O2} est un mécanisme qui produit de l'\ce{O2}, donc enrichit l'atmosphère en \ce{O2}. Les êtres vivants aquatiques ou terrestres réalisant la photosynthèse libèrent de l'\ce{O2} dans l'atmosphère. Ce sont les sources d'\ce{O2}. Un puits d'\ce{O2}est un mécanisme qui consomme de l'\ce{O2}, donc appauvrit l'atmosphère en \ce{O2}. Les êtres vivants réalisant la respiration utilisent l'\ce{O2}, tout comme les combustions. En effet, dans une combustion, le comburant est le plus souvent le dioxygène. Combustions et respiration sont deux puits de dioxygène. C L'ozone dans l'atmosphèreL'ozone est formé dans l'atmosphère par l'action du rayonnement ultraviolet sur le dioxygène. Il constitue une couche protectrice ayant permis l'apparition et le développement de la vie en dehors des océans. La couche d'ozone est située entre 20 et 50 km d'altitude. Sous l'action des rayons ultraviolets (UV), le dioxygène est dissocié en deux atomes d'oxygène (\ce{O}). Un atome d'oxygène s'associe à une molécule de dioxygène (\ce{O2}) pour former une molécule d'ozone (\ce{O3}). L'ADN absorbe les UVC responsables de nombreuses mutations de l'ADN. L'ozone absorbe également les UVC, ainsi qu'une partie des UVB. L'ozone atmosphérique protège ainsi l'ADN de nombreuses mutations. Les crèmes solaires contiennent des substances absorbant les UVA et les UVB dont l'ozone ne nous protège pas. III L'appauvrissement de l'atmosphère en dioxyde de carboneL'appauvrissement de l'atmosphère en dioxyde de carbone est lié au stockage du carbone dans plusieurs réservoirs. Les échanges entre les réservoirs constituent le cycle du carbone. Les combustibles fossiles constituent un réservoir de carbone. Ils représentent une source d'énergie non renouvelable. A Le cycle du carboneLe cycle du carbone représente l'ensemble des échanges réalisés entre les grands réservoirs constitués par la biosphère, la lithosphère, l'hydrosphère et l'atmosphère. Les flux permettent de maintenir son équilibre. Les échanges de carbone entre les réservoirs sont quantifiés sous forme de flux (Gt/an). Une gigatonne = 109 tonnes. Les flux de carbone indiquent la masse de carbone qui passe d'un réservoir à l'autre par unité de temps. Source des chiffres 2000-2010 : © https://www.encyclopedie-environnement.org/vivant/cycle-du-carbone/ Le plus grand réservoir de carbone est la lithosphère avec les roches carbonatées (calcaire) et les roches carbonées (pétrole, gaz, houille). Les flux naturels les plus importants sont réalisés par les mécanismes de respiration et photosynthèse. Les êtres vivants, composant la biosphère, réalisent des échanges de \ce{CO2} avec l'atmosphère. Les flux d'origine anthropique (humaine) sont principalement des émissions de \ce{CO2} dans l'atmosphère lors des combustions de carburant fossile (roches carbonées) et de la déforestation. B Les combustibles fossiles, un réservoir de carboneLes combustibles fossiles constituent un réservoir de carbone que l'homme exploite comme source d'énergie. Lors de leur combustion, le carbone stocké dans les roches est libéré sous forme de dioxyde de carbone, venant perturber le cycle naturel du carbone. C'est une source d'énergie non renouvelable. L'homme utilise le charbon ou le pétrole comme source d'énergie pour le chauffage, les machines, le transport, etc. La combustion du pétrole ou du charbon libère du \ce{CO2} dans l'atmosphère et perturbe le cycle naturel du carbone. La quantité de \ce{CO2} libérée contribue à accélérer le réchauffement climatique. De plus, il a fallu des millions d'années à ces roches pour se former. Leur combustion se réalise à l'échelle de temps humain. Ainsi, ces roches représentent une source d'énergie non renouvelable. Ces ressources seront épuisées bien avant le renouvellement de leur stock. Comment a évolué l'atmosphère primitive ?L'atmosphère primitive date de la formation de la Terre, il y a 4,6 milliards d'années. Sa composition proviendrait du volcanisme intense qui régnait à cette époque. En effet, les volcans actuels libèrent principalement de l'eau (sous forme de vapeur d'eau), du dioxyde de carbone ainsi que du diazote et d'autres gaz.
Comment est apparu l'atmosphère primitive ?L'atmosphère primitive s'est formée il y a plus de 4 milliards d'années, alors que la Terre se refroidissait et que certains éléments très légers se sont échappés du magma originel pour former l'enveloppe atmosphérique de l'époque, composée essentiellement d'hydrogène et d'hélium.
Comment s'est formé la Terre primitive ?A l'issue de cette différenciation primitive, il y a 4535 millions d'années, la Terre était donc constituée d'un noyau liquide d'environ 3400 km de diamètre, d'un manteau inférieur (1900 km d'épaisseur) et d'un manteau supérieur (océan magmatique d'environ 1000 km d'épaisseur).
C'est quoi l'atmosphère primitive ?Atmosphère datant de la formation de la Terre et composée d'un quart de vapeur d'eau. Exemple : On dit que l'atmosphère primitive serait à l'origine des océans. En refroidissant les températures, des pluies torrentielles seraient apparues et auraient formé des étendues d'eau.
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Comment a évolué latmosphère primitive ?
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