Composition atmosphère primitive

En introduction : visionner le film HOME (2009, durée 1h33) qui anticipait il y a 10 ans les problèmes traités ci-après.

Il n’aura échappé à personne que l’été 2021, les catastrophes naturelles se sont succédées les unes après les autres avec une rare intensité. Si, en France, l’été a été le plus pluvieux depuis 1959, dans d’autres régions du globe, des records de température ont été enregistrés. Le plus marquant a certainement été celui des 49,6 °C atteint à Lytton, au Canada lors d’un inédit « dôme de chaleur » au cours duquel plusieurs records de température ont été battus !

En 2022, de nombreuses villes ont atteints de record de température.

Vidéo : Les satellites du CNES au service de l’océanographie

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 4.4 Ga. 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.

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

Regardons la vidéo. Prendre des notes afin de repérer les grandes évolutions de l’atmosphère terrestre.

Compléter le schéma bilan. Faire correspondre chaque camembert représentant la composition atmosphérique à un paragraphe de ce cours.

Texte à trou à corriger à l’aide du QCM pronote.

La planète primitive

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. Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive était composée  essentiellement  d’hélium et de d’hydrogène. Un bombardement météoritique (élément riche en eau) est très important au début de la création de la terre.

Dégazage de la Terre (image correspondante : …………..)

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, l’ammoniaque et l’acide cyanhydrique. 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. De 4,4 à 4 milliards d’années, la composition de cette atmosphère est de 85 % H₂O (eau), 10 à 15 % de CO₂ et 1 à 3 % de N₂ (diazote) .

Condensation de l’eau et dissolution du CO₂

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. L’hydrosphère se crée. L’atmosphère s’est ainsi vidée de sa vapeur d’eau. (image correspondante : …………..) L’atmosphère primitive présente une forte concentration en dioxyde de carbone (60 à 70 %) issu du dégazage volcanique. En précipitant, la vapeur d’eau a entraîné le CO₂ atmosphérique qui s’est retrouvé dissout dans les océans. (image correspondante : …………..). Le CO2 a disparu de l’atmosphère primitive terrestre  en précipitant sous forme de carbonates il y a -3,5 Ga.

Les eaux acidifiées ont facilité la précipitation des carbonates de calcium. Le CO₂ participant (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 passe progressivement à la composition actuelle : N₂ : 78% ; O₂ : 21% ; H₂O variable ; CO₂ 0,03% (image correspondante : …………..)

Bilan :

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.

Aujourd’hui 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 % de dioxyde de carbone (CO2) et de quantités variables de vapeur d’eau. (image correspondante : ………….)

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

Pour aller plus loin

Regardez une émission qui explique l’origine de l’eau

Esprit critique Une nouvelle théorie sur l’origine de l’eau sur Terre présentée par des chercheurs français -Août 2020 

L’eau recouvre 70 % de la surface de la Terre et est cruciale à la vie, mais comment elle y est arrivée fait l’objet d’un vieux débat scientifique. Une équipe de chercheurs français a apporté sa pierre à l’édifice jeudi en affirmant que notre planète aurait été, dès son origine, riche en eau, vraisemblablement contenue en abondance dans les roches qui l’ont constituée. Cette découverte battait en brèche la thèse dominante selon laquelle l’eau aurait été apportée plus tardivement par des astéroïdes et comètes ayant bombardé une Terre initialement sèche. Cette hypothèse était favorisée par les températures trop élevées du Système solaire qui auraient empêché que l’eau condense et s’agglomère aux autres solides sous forme de glace.

Les chercheurs français se sont penchés sur des météorites appelées chondrites à enstatite qui ont la particularité d’avoir une composition chimique proche de celle de la Terre. Ce qui indique qu’elles sont similaires aux roches qui en faisaient partie dès sa formation.

En mesurant le contenu en hydrogène de 13 de ces météorites relativement rares, l’équipe a constaté que les roches primitives de la planète bleue en décelaient suffisamment pour lui fournir au moins trois fois la masse d’eau de ses océans, voire plus encore.

Selon Laurette Piani, cette étude n’exclut pas un apport ultérieur en eau par d’autres sources, comme des comètes, mais elle insiste sur le fait que les chondrites à enstatite ont contribué de manière significative dès la formation de la planète. Ce travail « apporte une pièce cruciale et élégante à ce puzzle », a écrit Anne Peslier, chercheuse à la Nasa, dans un éditorial qui accompagne l’étude.

Retour vers partie 1 Science, climat et société

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.

Correction de la figure