Composition atmosphère primitive

En introduction : visionner le film HOME (2009, durée 1h33) qui anticipait il y a 10 ans les problèmes traités ci-après.
Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante avec celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère. En effet, la Terre, comme toutes les planètes du système solaire, s’est formée il y 4.56 Ga, par accrétion d’objets cosmiques plus ou moins massifs. A la suite de cet immense bombardement météoritique, une planète en fusion s’est plus ou moins structurée vers 4.4Ga. En refroidissant peu à peu, la Terre magmatique s’est différenciée : les éléments se sont répartis en fonction de leur densité, les plus denses migrant vers le centre de la Terre, les moins denses vers la surface. Des couches concentriques se sont ainsi mises en place : le noyau, le manteau, la croûte, l’hydrosphère et l’atmosphère.

L’atmosphère terrestre est ainsi formée des éléments les moins denses que la Terre a pu retenir du fait de sa masse et sa distance au soleil.

Comment reconstituer la composition de l’atmosphère primitive et comment a-t-elle évolué ?

♦ A la fin de la séance, je sais analyser des données, en lien avec l’évolution de la composition de l’atmosphère au cours des temps géologiques

La planète Terre est une planète tellurique formée majoritairement de silicates renfermant un noyau de fer et de nickel. Elle est entourée aujourd’hui d’une atmosphère originale composée de 78 % de diazote (N2), 21 % de dioxygène (O2), 0,03 % deCO2 et de quantités variables de vapeur d’eau.
Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive était composée  essentiellement  d’Hélium et d’Hydrogène. L’accrétion s’est faite par collision des particules les unes avec les autres ce qui a produit un échauffement important, de plus la présence de particules radioactives fait qu’au début de son existence, la température à la surface du globe terrestre est supérieure à 1500° C. Source image

De 4,4 à 4 milliards d’années, la composition de cette atmosphère est 85 % H2O (eau), 10 à 15 % de CO2et 1 à 3 % de N2(diazote) . L’allumage de la centrale nucléaire solaire, il y a 4,4 milliards d’années, va produire un souffle très violent qui va emporter les gaz légers des planètes les plus proches du soleil vers les plus lointaines. Il ne reste dans l’atmosphère terrestre que les gaz lourds comme le méthane, ammoniaque et acide cyanitique. L’intérieur du globe terrestre est toujours soumis à de très fortes températures. Celles-ci sont à l’origine d’une très grande activité volcanique en surface. Les nombreuses éruptions volcaniques entraînent la libération de gaz emprisonnés à l’intérieur du globe terrestre qui enrichissent l’atmosphère : diazote, vapeur d’eau et dioxyde de carbone.

Il y a 4,4 milliards d’années environ, la surface de la Terre se refroidit progressivement. La vapeur d’eau atmosphérique se condense et précipite à la surface de la planète.Les océans se forment.L’atmosphère s’est ainsi vidée de sa vapeur d’eau. L’atmosphère primitive présente une forte concentration en dioxyde de carbone(60 à 70 %). En précipitant, la vapeur d’eau a entraîné le CO2atmosphérique qui s’est retrouvé dissout dans les océans.

diagramme de phase de l’eau

La vapeur d’eau s’est très tôt condensée pour former les océans qui ont piégé le CO2 issu du dégazage volcanique par dissolution. Les eaux acidifiées ont facilité la précipitation des carbonates de calcium. Le CO2participant (avec la vapeur d’eau) à l’effet de serre, son stockage dans les océans a contribué à abaisser la température sur la planète.  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.

De 3.2 à 2 milliards d’années à aujourd’hui, sa composition est N2: 78%; O2: 21%, H2O variable, CO2 0.03%

Bilan : L’atmosphère initiale était riche en eau, dioxyde de soufre, dioxyde de carbone, diazote mais qu’elle était dépourvue de dioxygène.

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Savoirs :

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). 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.

 

Savoirs faire

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

 

 

 

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