Chapitre 1 : L’atmosphère terrestre et la vie

La Terre est la seule planète que l’on sait habitée. Le développement de la vie est le résultat de la

conjonction de nombreux facteurs astronomiques et physico-chimiques ayant rendu possible la

présence d’eau liquide. Un équilibre fragile est atteint permettant le maintien de cette vie sur Terre.

 

Problèmes : comment a évolué l’atmosphère terrestre au cours de l’histoire de la Terre. Quelles conditions ont permis à la vie de s’établir et de se maintenir.

1. La formation de l’atmosphère primitive.

    L’origine de l’atmosphère est liée à celle de la Terre. Comme toutes les planètes du système solaire, la Terre s’est formée par accrétion de divers objets cosmiques, il y a 4.57 Ga. La jeune planète s’est peu à peu structurée par migration des éléments les plus lourds vers le centre et des plus légers en périphérie. Des enveloppes concentriques se sont ainsi mises en place, l’atmosphère primitive composée d’éléments légers étant la plus externe. Les éléments constitutifs de l’atmosphère primitive se mettent en place par dégazage au niveau des volcans mais aussi par des bombardements météoritiques, ce sont essentiellement de l’eau (80%), du dioxyde de carbone (15%) et du diazote (5%). Cependant, cette atmosphère très riche en eau se refroidit en même temps que la planète provoquant la liquéfaction de l’eau qui formera alors l’hydrosphère de notre planète dès -4,4 Ga.

 

2. L’atmosphère et la vie ont évolué conjointement. 

    Une fois l’hydrosphère formée, la vie est apparue puis s’est développée, modifiant progressivement la composition de l’atmosphère. Des fossiles très anciens : les stromatolithes suggèrent que vers -3.5 Ga des êtres vivants unicellulaires, proches des cyanobactéries actuelles, étaient présentes sur Terre.

 

Capables de réaliser la photosynthèse, ces cyanobactéries fossiles sont les premiers producteurs de dioxygène connus. Dans un premier temps, le dioxygène produit reste dans l’hydrosphère. Il se combine avec le fer présent dans l’océan primitif formant de l’hydroxyde ferrique.

FeO(OH) + H₂O → Fe(OH)₃

En précipitant, ce fer a contribué a donnée naissance à des roches siliceuses riches en fer : les fers rubanés. Ces roches sédimentaires marines se sont formées entre -2,5 et -1,9 Ga. Ainsi, bien que formé dès -3,5 Ga, le dioxygène était encore absent de l’atmosphère terrestre.

Les fers rubanés (Banded Iron Formation) de l'Archéen de Barberton, groupe de Fig Tree (-3,26 à -3,22 Ga), Afrique du Sud

    Lorsque tout le fer présent dans les océans a précipité, le dioxygène s’est peu à peu libéré dans l’atmosphère. Son apparition dans cette dernière est datée de -2,2 Ga. Il s’est progressivement accumulé jusqu’à atteindre sa concentration actuelle vers -0,5 Ga.

    De nos jours, la photosynthèse constitue la principale source de dioxygène atmosphérique tandis que la respiration et les combustions sont les principaux puits de dioxygène.

3. La couche d'ozone protège le vivant

L’ozone se forme à partir du dioxygène dans la stratosphère, entre 15 et 50 km d’altitude. Sous l’action des rayons ultraviolets (UV), les molécules de dioxygène se dissocient. Les atomes d’oxygène ainsi libérés se recombinent avec d’autres molécules de dioxygène afin de former l’ozone (O3). Ce phénomène est maximal vers 25 km d’altitude et est à l’origine de la formation de la couche d’ozone. Celle-ci absorbe une grande partie des UV ce qui protège l’ADN des êtres vivants des effets mutagènes. Cette protection a permis l’épanouissement de la vie hors de l’eau, il y a 360 millions d’années.

4. Les activités humaines modifient la composition de l'atmosphère

L’élément carbone est présent dans différents réservoirs (atmosphère, océans, sol, biosphère, roches) qui s’échangent principalement le carbone sous forme de CO2. Ces échanges constituent le cycle biogéochimique du carbone sur Terre.

Les quantités de carbone dans les réservoirs restent constantes lorsque les flux sont équilibrés.

Or, en utilisant les combustibles fossiles, les activités humaines augmentent le rejet de CO2 dans l’atmosphère. Ce rejet rapide n’est pas compensé par la formation de pétrole, de gaz naturel ou de charbon, car leur fabrication requiert des millions d’années.

Ainsi l’Homme restitue très rapidement dans l’atmosphère le CO2 que la nature avait lentement piégé.