V1 Activité 1 Origine et évolution de l'atmosphère primitive

Mme Saulnier

Activité 1 L'origine et l'évolution de l'atmosphère

Critères de réussite

Objectifs

Consigne

go!

Les scientifiques ont deux différentes hypothèses sur l’origine de l’atmosphère terrestre : • L’atmopshère primitive provient du dégazage du manteau par le volcanisme• L’atmosphère promitive provient des apports météoritiques sur Terre Vous êtes un scientifique et disposez de météorites et d'un extrait de gaz de volcan. Testez ces échantillons afin de les comparer à la composition de l'atmophère primitive (ayant été piégée dans la kimberlite) et vérifier vos hypothèses !

Météorite

Kimberlite (atmosphère primitive)

Spectrometrie de masse

Système de Chauffage

La Double origine de l'Atmosphère Primitive

L'atmosphère primitive s'est mis en place 150 millions d'années après sa formation (-4,6 Ga). La Terre est alors très différente d'aujourd'hui avec des roche en fusion et une température de plus de 1500 à 2000°C (chaleur issue d'une forte activité interne et des impacts de météorites). Cette activité a causé un dégazage du manteau par un volcanisme intense qui est une des origines de cette atmosphère primitive.

Vers 4,0 Ga (de -4,1 à 3,9 Ga), la Terre a également subi un bombardement de météorites nommé le Bombardement tardif. Ce dernier a amené des gaz (notamment beaucoup d'eau) contenus dans les météorites. Les nombreux cratères de la Lune en sont des indicateurs.

Comparaison des compositions de l'atmosphère primitive et actuelle (source : Le livre scolaire)

L'atmopshère primitive a été acquise vers -4,6 milliards d'années et est radicalement différente de la composition actuelle Comment expliquer ces variations ?

Evolution du dioxygène

Evolution du H2O, N2 et CO2

Comment expliquer les diminutions du O2, N2 et CO2 dans l'atmosphère ?

Des Traces fossiles !

Concernant le CO2 et le N2...

Principe d'actualisme

Comment expliquer l'apparition du O2 dans l'atmosphère ?

Des Traces fossiles !

Votre enregistrement révèle qu’à la lumière, les cyanobactéries libèrent du dioxygène O2 et consomme du dioxyde de carbone CO2. Elles réalisent la photosynthèse selon la réaction : 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Pilbara

Shark Bay

Système EXAO

Détermine le métabolisme des cyanobactéries !

Principe d'actualisme

Cyanobactérie actuelle

Structure fossile (cyanobactérie fossile hypothétique)

Les stromatolithes de Shark

Shark Bay

La grande oxygénation

Blyde river Canyon (Afrique du sud)

Les rides de courants de Pilbara (Australie)

Les rides de courants sont des dépôts sédimentaires ayant lieu dans l'océan. Les ripple-marks de Pilbara datent de 3,5 milliards d'années. Ces marques laissent entendre la présence d'un ancien océan en utilisant le principe d'actualisme.

L'oxygénation de l'atmosphère

L’apparition du dioxygène O2 dans les océans à partir de -3,5 Ga puis l’atmosphère vers -2 Ga est étroitement liée au développement de la vie sur Terre grâce à la photosynthèse bactérienne.L'oxygène produit par les cyanobactéires dans l'océan se dffuse alors dans l'atmosphère. Cet épisode vers -2Ga est appelé la grande oxygénation.Par la suite, l’oxygénation de l’atmosphère s’est accompagnée d’une diversification massive du vivant, avec l’apparition de nouveaux métabolismes comme la respiration cellulaire.

Dans la première couche des stromatolithes de Shark Bay, on retrouve des cyanobactéries. Ce sont des bactéries filamenteuses qui contiennent des pigments chlorophylliens (leur donnant cette couleur verte). Les premières cyanobactéries datent de -3,5 Ga.

Le dioxyde de carbone (CO2) peut se dissoudre dans l'eau. A l'inverse, le diazote se dissout mal dans l'eau. Sa quantité est resté constante au cours du temps mais sa proportion a augmenté du fait de la diminution partielle des autres gaz : CO2 de l'atmosphère ayant été piégé dans l'eau sous forme de carbonate (CaCO3) et la vapeur d'eau de l'atmosphère se condensant pour former les océans. On estime que sa formation est daté de 4,0 milliards d'années due au refroidissement de la terre.

Le dioxyde de carbone (CO2) peut se dissoudre dans l'eau et réagir avec les ions calcium présents dans l'océan.

Les paléosols rouge de Blyde river Canyon

Les paléosols rouges sont des roches sédimentaires continentales. Ils sont rouges car ils contiennent du fer oxydé (comme de la rouille par exemple). Ces paléosols rouges sont les plus anciens et date de -2,2 milliards d'années. Ils ne se forment que dans des conditions oxydantes, autrement dit quand il y a du dioxygène dans l'atmosphère.

Le fer de ces chaînes réagit avec l'oxygène de l'eau (H20) et s'oxyde. Cela forme la rouille de couleur rouge-orangé.

Organisation d'un stromatolithe

Un stromatolithe est une succession de couche de cyanobactérie et de calcaire. Elles sont présentes dans les mers chaudes et peu profondes. Elles se forment suite à l'activité biologique des cyanobactéries qui les constituent. En effet, les cyanobactéries, en consommant du dioxyde de carbone, favorisent la précipitation des ions carbonates sous forme de calcaire.

Principe d'actualisme

Le principe d’actualisme« Théorie postulant que les lois régissant lesphénomènes géologiques actuels étaientégalement valables dans le passé »On suppose ainsi que les causes et les effetsdes phénomènes géologiques, tels qu’onpeut les observer actuellement, étaient lesmêmes dans le passé. Ci contre, des rides de courants d'une plage sur la presqu'île de Crozon à marée basse.

Des structures fossiles qui sont datés de 3,5 Ga ont été retrouvés en Australie qui sont datées de -3,5 Ga. Elles ressemblent fortement aux stromatolithes actuelles avec leur forme en boule. Elles constituent alors les premières traces de vie sur terre.

Stromatolithes fossiles de Pilbara daté de 3,5 Ga

Principe d'actualisme

Le principe d’actualisme« Théorie postulant que les lois régissant lesphénomènes géologiques actuels étaientégalement valables dans le passé »On suppose ainsi que les causes et les effetsdes phénomènes géologiques, tels qu’onpeut les observer actuellement, étaient lesmêmes dans le passé. Ci contre, des rides de courants d'une plage sur la presqu'île de Crozon à marée basse.