Atmosphère terrestre: Évolution et composition

Évolution de l'Atmosphère Terrestre et Cycle du Carbone

Cette section explore l'évolution de la composition de l'atmosphère terrestreet le rôle du cycle du carbone à travers le temps.

Composition Initiale de l'Atmosphère Terrestre

• Question flash : Quelle était la composition initiale de l'atmosphère terrestre ?
• Réponse flash : L'atmosphère initiale étaitcomposée d'environ 80% de H₂O (eau), 15% de CO₂ (dioxyde de carbone) et 5% de N₂ (diazote).
• Question flash : D'où provenaient les gaz de l'atmosphère initiale de la Terre ?
• Réponse flash : Ils provenaient du dégazage volcanique du manteauet du bombardement de la Terre par les météorites et comètes.
• Question flash : Comment a-t-on reconstitué l'atmosphère initiale de la Terre ?
• Réponse flash : En analysant les gaz dégagés lors du chauffaged'une chondrite (météorite indifférenciée) à l'aide d'un spectromètre de masse.

Composition Actuelle de l'Atmosphère Terrestre

• Question flash : Quelle est la composition actuellede l'atmosphère terrestre ?
• Réponse flash : La composition actuelle est d'environ 78% de N₂, 21% d'O₂ (dioxygène) et 1% d'autres gaz.
• Question flash : Commentconnaît-on la composition actuelle de l'atmosphère terrestre ?
• Réponse flash : Grâce à l'analyse d'échantillons de gaz atmosphériques par spectrométrie de masse.

Diminution du Dioxyde de Carbone (CO₂) et de l'Eau (H₂O)

• Question flash : Comment la concentration en dioxyde de carbone (CO₂) a-t-elle diminué dans l'atmosphère au cours du temps et à quel moment ?
• Réponse flash : La concentration de CO₂ a diminué sousl'effet de deux phénomènes :
  1. La construction des roches carbonatées, qui pompent le CO₂ dissous dans l'océan (commencée autour de -4 Ga).
  2. La photosynthèse réalisée par les organismes vivantset la mise en place des roches carbonées (combustibles fossiles) (commencée entre -3,8 Ga et -3,5 Ga).
• Question flash : Comment la concentration en eau (H₂O) a-t-elle diminué dans l'atmosphère au cours du temps et à quel moment ?
• Réponse flash : La concentration en eau a baissé par condensation de la vapeur d'eau en eau liquide, formant les océans. Ceci a eu lieu très tôt, avant -4 Ga, dû au refroidissement de la Terre et à la baisse de la pression atmosphérique.

Augmentation du Dioxygène (O₂)

• Question flash : Comment la concentration en dioxygène (O₂) a-t-elle augmenté au cours du temps et à quelmoment de l'histoire de la Terre ?
• Réponse flash : La concentration en dioxygène a augmenté dans l'atmosphère à cause de la photosynthèse réalisée par les êtres vivants. La photosynthèse a débuté autour de -3,5 Gadans les océans. L'augmentation de l'O₂ atmosphérique s'est faite autour de -2,0 Ga, quand les échanges entre océan et atmosphère sont devenus significatifs.
• Question flash : Comment a-t-on montré la présence de dioxygènedans les océans ?
• Réponse flash : Grâce aux fers rubanés, des roches montrant des alternances de bandes sans fer oxydé et avec fer oxydé. L'oxydation du fer nécessite la présence de dioxygène, prouvant sa présence dans les océansil y a 3,5 Ga.
• Question flash : Comment a-t-on montré la présence de dioxygène dans l'atmosphère ?
• Réponse flash : Grâce à deux indices :
  • La présence d'uraninite (roche formée en absence de O₂) jusqu'à -2,0 Ga, puis son absence.
  • La présence de sols rouges (constitués de fer oxydé) après -2,0 Ga.

LaCouche d'Ozone (O₃)

• Question flash : Comment l'ozone (O₃) se forme-t-il dans l'atmosphère ?
• Réponse flash : L'ozone se forme grâce à la dissociation du dioxygène (O₂) sous l'effet des rayons ultra-violets (U.V.) du Soleil.
• Question flash : Quelles sont les propriétés physiques et le rôle de l'ozone (O₃) ?
• Réponse flash : La formation et ladissociation de l'ozone atmosphérique limitent l'arrivée des U.V. à la surface de la Terre. Les U.V. étant mutagènes, ceci préserve l'ADN des êtres vivants. La couche d'ozone est située à environ 30 kmd'altitude.

Combustibles Fossiles et Cycle du Carbone

• Question flash : Quelle est la définition d'un combustible fossile ?
• Réponse flash : Un combustible fossile est une source d'énergie nonrenouvelable à échelle humaine (formation en millions d'années contre utilisation en siècles). Son utilisation est environ 1000 fois plus rapide que sa formation et il ne peut être utilisé qu'en le brûlant, ce qui rejette du CO₂.
• Question flash : Quelleest la modification du cycle du carbone à l'origine du forçage radiatif actuel ?
• Réponse flash : Les deux éléments modifiant le cycle du carbone sont :
  • Les combustions de bois liées à la déforestation (1,9 Gt/an).
  • Les combustions d'énergies fossiles (6 Gt/an).
• Question flash : Qu'est-ce que le cycle du carbone ?
• Réponse flash: C'est l'ensemble des échanges chimiques de l'atome de carbone sur Terre, réparti dans quatre réservoirs : l'atmosphère, la biosphère, l'hydrosphère et la lithosphère.
• Question flash : Qu'est-ce que le forçage radiatif ?
• Réponse flash : C'est l'augmentation de la quantité d'énergie reçue par la Terre due à une modification de la composition de l'atmosphère en gaz à effet de serre.

Datation de la Terre

• Question flash : Quelles ont été les méthodes utilisées pour tenter de dater la Terre ?
• Réponse flash : Les méthodes explorées incluaient l'utilisation des empilements de sédiments, le refroidissement de boulets de canon et la salinité des océans.
• Question flash : À l'aide de quelle méthode a-t-on pu dater la Terre précisément ?
• Réponse flash : On utilise la radioactivité pour dater la Terre etles roches de façon absolue.

Réservoirs et Notions Essentielles

• Question flash : Quels sont les quatre principaux réservoirs de carbone sur Terre ?
• Réponse flash : L'atmosphère, la biosphère, l'hydrosphère et la lithosphère.
• Question flash : Qu'est-ce qui prouve l'oxygénation de l'océan il y a 4 Ga ?
• Réponse flash : La présence de stromatolites (amas fossiles de bactéries) et de fers rubanés.