video 4'37 : https://youtu.be/6Ojagf3S0Qo?si=NzVWXltzGOIvlsUI

1,2/ La formation de l'atmosphère

L’atmosphère primitive ne contenait pas d’O₂. Aujourd’hui, on peut y mesurer 21%. Il existe donc une évolution du taux d’O₂ au cours de l’histoire de notre planète et on peut retrouver, au sein des roches sédimentaires, les indices de cette évolution. On trouve, dans la région de Johannesburg, des formations particulières où il y a alternance entre des niveaux riches en silice et des niveaux riches en fer (Fe₂O₃) sous sa forme oxydée soit Fe³⁺. On nomme ces formations les BIF (Banded Iron Formations : formations de fer rubanées). Pour que les BIF puissent voir le jour, il faut que le fer puisse arriver jusqu’à l’océan. Or, s’il est oxydé dans les cours d’eau continentaux, il précipite et ne peut atteindre la mer. Le fer doit donc arriver en mer sous sa forme réduite, Fe²⁺, ce qui induit un milieu sans O₂. En revanche, sa précipitation océanique implique un milieu oxydant, donc oxygéné. Cette oxygénation est discontinue et disparate, d’où la répartition parsemée des BIF. Cette répartition parsemée est liée à l’existence de zones où se développent des structures bioconstruites appelées « Stromatolites » qui produisent de l’oxygène. Le début de l’histoire de la Terre est marqué par des conditions réductrices aussi bien dans les océans qu’au niveau de l’atmosphère. Cependant, malgré cet environnement globalement réducteur, il existait des milieux océaniques confinés riches en oxygène, donc oxydants. L’activité photosynthétique de faible ampleur réalisée par les cyanobactéries engendre un premier temps de dégagement d’O₂ discontinu à l’origine des précipitations d’oxyde de fer ou BIF. Les témoins de cette activité photosynthétique sont des bioconstructions calcaires, appelées stromatolites. Du grec στρώμα (strôma, tapis) et λίθος (lithos, pierre). Les stromatolites sont toujours présents et actifs aujourd’hui. Les stromatolites sont des concrétions calcaires d’origine biologique dues à l’activité de cyanobactéries. Ces micro-organismes recouvrent le support et forment un voile gluant. Leur activité photosynthétique induit la précipitation des carbonates qui sont piégés dans ce voile et forment un encroûtement. La superposition des lamines constitue la structure du stromatolite. L’oxygène produit par les cyanobactéries et libéré dans l’océan va donc pouvoir interagir avec les autres éléments dissous en les oxydant. Une fois que tous les éléments oxydables présents dans les océans ont été oxydés, l’O₂ peut s’accumuler sous forme dissoute dans le milieu marin. Puis l’équilibre chimique des éléments entre les enveloppes fluides de la Terre induit une diffusion, donc un dégagement d’O₂ dans l’atmosphère. Ainsi, l’atmosphère jusqu’ici réductrice commence à s’oxyder. Il existe deux types de gisements : les fers rubanés, qui représentent 90% des réserves mondiales, et les couches rouges continentales, dont le fer provient de l'altération des roches des continents, il est à l'état d'oxydes et donc de Fe³⁺. Ils se sont formés au contact d'une atmosphère contenant de l'oxygène. Leur apparition puis leur développement entre 2 Ga et 1,5 Ga est la preuve de la mise en place d'une atmosphère de plus en plus riche en oxygène. On trouve, à partir de 2,2 Ga, des formations continues et de grandes épaisseurs d’oxydes de fer en milieu continental un peu partout dans le monde que l’on nomme « redbeds ». Ces sédiments avoisinent au total 1016 tonnes, soit 80 % des réserves mondiales. Au niveau mondial, on trouve principalement les BIF entre 3,8 et 2 milliards d’années avec un paroxysme au passage Archéen-Protérozoïque. Durant les 200 millions d’années suivants, on trouve quelques formations rubanées, puis elles disparaissent. Tout le fer soluble dans l’océan a donc été oxydé.

Manuel p.30

Analyser des données , en lien avec l’évolution de la composition de l’atmosphère au cours des temps géologiques.

Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive était composée de N₂, CO₂ et H₂O. Sa composition actuelle est d’environ 78 % de N₂ et 21 % de O₂, avec des traces d’autres gaz (dont H₂O, CO₂, CH₄, N₂O).

Manuel doc.3 p.31

Déterminer l’état physique de l’eau pour une température et une pression donnée à partir de son diagramme d’état.

Le refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère initiale. L’hydrosphère s’est formée, dans laquelle s’est développée la vie.

Manuel p.32-33-34

Mettre en relation la production de O₂ dans l’atmosphère avec des indices géologiques (oxydes de fer rubanés, stromatolithes ...).

Ajuster les équations des réactions chimiques d’oxydation du fer par le dioxygène.

Les premières traces de vie sont datées d’au moins 3,5 milliards d’années. Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries ont produit le dioxygène qui a oxydé, dans l’océan, des espèces chimiques réduites. Le dioxygène s’est accumulé à partir de 2,4 milliards d’années dans l’atmosphère. Sa concentration atmosphérique actuelle a été atteinte il y a 500 millions d’années environ. Les sources et puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd’hui essentiellement liés aux êtres vivants (photosynthèse et respiration) et aux combustions.