La Terre est, à ce jour, la seule planète connue hébergeant la vie.
Cette caractéristique est notamment en lien avec la présence d’enveloppes fluides (hydrosphère (= océans) et atmosphère ayant une composition permettant la vie telle que nous la connaissons).
On s’interrogera dans ce chapitre sur la mise en place des ces enveloppes fluides au cours de la formation de la Terre, et sur les liens entre l’évolution de l’atmosphère et l’apparition de la vie terrestre.
I- Formation de la Terre
Comme toutes les planètes du système solaire, la Terre s’est formée par accrétion (= agglomération) de poussières stellaires, il y a 4,57 Ga (Ga = Milliards d’années).
Ces poussières stellaires se sont regroupées petit à petit (la gravité attirant les petites poussières vers les plus grosses) formant des planétésimaux, qui, ont également fusionnés avec d’autres poussières jusqu’à former une planète.
Cette accrétion a donc créé une protoplanète homogène (= dont la composition était identique en tout point) qui a ensuite subi une évolution spécifique, permettant notamment la mise en place d’une atmosphère compatible avec l’émergence de la vie.
source : https://toutlabasendessous.wordpress.com/2018/02/19/comment-se-sont-formees-les-planetes/
II- Une atmosphère primitive différente de l’atmosphère actuelle
a. Mise en place et composition de l’atmosphère primitive
Lors du refroidissement de la planète primitive, les éléments chimiques les plus lourds (Fer, Nickel …) ont migré par gravité vers le centre de la planète et les éléments les plus légers sont resté en périphérie.
Cela a créé les différentes couches terrestres (manteau, noyau …) : on parle de différenciation des couches terrestres.
Le manteau primitif contenait des gaz, provenant des différentes météorites ayant participé à l’accrétion.
Durant environ 300 Ma, un intense volcanisme a libéré les gaz piégés dans le manteau primitif, créant ainsi l’atmosphère terrestre primitive. Ce phénomène est appelé dégazage du manteau.
L’atmosphère primitive avait une composition très différente de l’atmosphère actuelle :
On remarque notamment :
- l’absence de dioxygène qui représente pourtant 21% de l’atmosphère actuelle
- La très importante quantité d’eau atmosphérique alors qu’il y en a très peu aujourd’hui
La composition de l’atmosphère primitive ne peut pas être directement observée, nous n’en possédons pas d’échantillon.
Elle est connue par l’étude des gaz contenus dans les météorites de types chondrites, qui ont le même âge que la Terre mais ne se sont pas différencié. Ces chondrites correspondent donc aux météorites présentes lors de l’accrétion : elles ont la même composition que la Terre primitive, et contiennent notamment les mêmes gaz. En récupérant ces gaz, on accède donc (en théorie) à la composition atmosphérique primitive.
b. La condensation de la vapeur d’eau et la formation des océans
Il y a 4 Ga, le refroidissement de la Terre a permis la liquéfaction de la vapeur d’eau atmosphérique.
En effet, a la pression atmosphérique de l’époque (environ 100 atm, soit 100 fois la pression actuelle), et à la température de l’époque, l’eau était sous forme gazeuse sur Terre. Or, a cette pression, mais à moins de 380 °C (environ) l’eau passe sous forme liquide. Ainsi, la vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère est devenue liquide.
Cela a entrainé des pluies diluviennes qui ont formé les océans et la diminution de la teneur en eau de l’atmosphère.
Cette formation des océans à ensuite participé à la diminution de la quantité de CO2 contenue dans l’atmosphère.
En effet, le CO2 peut se dissoudre dans 
l’eau des océans et y être ainsi stocké. (On estime qu’aujourd’hui 38000 Giga Tonnes de carbone sont stockées dans les océans, contre 800 Gt dans l’atmosphère)
De plus, une fois dissous dans l’eau, le CO2 peut, par une suite de réactions chimiques (flèches bleues sur le schéma) précipiter sous forme de roches carbonatées (= calcaires) : Le CO2 est alors stocké dans les calcaires (aujourd’hui on estime qu’environ 70 000 000 Gt de carbone sont stockées dans les roches carbonatées)
Ainsi, la dissolution du CO2 dans les océans et la précipitations des carbonates ont fortement diminué la concentration de O2 contenue dans l’atmosphère.
III- Une évolution conjointe de la vie et de l’atmosphère
a. L’oxygénation de l’atmosphère et lien avec l’apparition des êtres vivants
Les premières traces de vie connues sur Terre sont des stromatolithes fossiles datant de – 3,5 Ga.
Les stromatolithes sont des formations calcaires, qui sont aujourd’hui produites par des êtres vivants appelés cyanobactéries.
Le principe d’actualisme permet d’affirmer que les stromatolithes fossiles ont également été formés par des cyanobactéries, et donc que ces êtres vivants existaient il y a 3,5 Ga
La vie serait donc apparue dans les océans à cette période.
Les cyanobactéries ont un métabolisme photosynthétique : elles produisent donc du dioxygène à partir de dioxyde de carbone.
Ainsi, l’apparition de ces bactéries photosynthétiques dans les océans il y a 3,5 Ga a entrainé la formation d’O2 et donc l’oxygénation des océans.
Cette oxygénation des océans est démontrée par l’oxydation du fer dans les roches formées dans les océans cette période (fers rubanés = BIF). Le fer, en présence de dioxygène, prends une couleur rouge dans les roches. La présence de roches rouges océaniques entre -3,4 Ga et -2,4 Ga, montre que l’O2 a été présent dans les océans entre ces deux époques, puis a fortement diminué
A partir de – 2,4 Ga, on retrouve des traces d’oxydation dans les roches formées en milieu continental. Cela indique que le dioxygène formé par photosynthèse s’est accumulé dans l’atmosphère à partir de -2,4 Ga.
L’augmentation de la concentration atmosphérique de dioxygène s’est poursuivie jusqu’à environ -500 Ma, date où la concentration actuelle a été atteinte.
Aujourd’hui un équilibre des flux de dioxygène est maintenu entre les êtres vivants, les océans et l’atmosphère par les métabolismes (respiration et photosynthèse) et par les combustions
Bilan – Frise de l’évolution de l’atmosphère –> Voir correction du TP
b. La couche d’ozone protège les êtres vivants
L’atmosphère terrestre contient une couche formée de gaz ozone (O3), a environ 30km de hauteur. Cette couche d’ozone s’est formée il y a environ 500 Ma sous l’effet des rayonnements solaires.
En subissant des rayonnements ultraviolets, l’O2 peut se dissocier en 2 atomes d’oxygène, qui peuvent ensuite se réassocier avec une molécule d’O2, formant ainsi une molécule d’ozone
L’ozone a la capacité d’absorber les rayons ultraviolets arrivant sur Terre.
Or, ces rayons UV ont un effet mutagène sur les êtres vivants : ils peuvent être absorbés par la molécule d’ADN et la modifier. Ces modifications de la molécule d’ADN peuvent notamment engendrer des cancers. (C’est la raison pour laquelle il faut empêcher l’arrivée d’UV sur la peau en mettant des vêtements ou de la crème solaire si l’on veut restreindre le risque de cancers de la peau)
La couche d’ozone protège donc les êtres vivants des rayons UV mutagènes et est donc indispensable à la vie telle que nous la connaissons.
Cependant, certains gaz émis par l’Homme, notamment les CFC, détruisent la molécule d’ozone, provoquant l’amincissement de la couche d’ozone qui ne filtre alors plus efficacement les UV. . .
IV- Le cycle biogéochimique du carbone et ses perturbations
a. Des stocks et des flux
L’évolution récente de l’atmosphère est marquée par une augmentation importante de la concentration en dioxyde de carbone.
Cette augmentation provient d’une perturbation du cycle biogéochimique du carbone.
En effet, sur Terre, le carbone est stocké dans des réservoirs :
- Matière organique de la biosphère
- CO2 de l’atmosphère
- CO2 dissous dans l’hydrosphère
- Roches carbonatées et combustibles fossiles
Ces réservoirs s’échangent du carbone en permanence : par exemple, lors de la respiration, du carbone est échangé entre la biosphère et l’atmosphère
La masse de carbone échangée entre deux réservoirs par unité de temps est appelé flux de carbone.
L’ensemble des réservoirs et des flux forme le cycle du carbone.
b. Perturbations d’origines anthropiques
La perturbation du cycle du carbone entrainant l’augmentation de la quantité de CO2 atmosphérique est due entre autre, à l’utilisation par l’homme des combustibles fossiles formés il y a plusieurs dizaines de million d’années.
En brulant des charbons ou des pétroles, qui contiennent du carbone, l’Homme augmente les flux de carbone de la géosphère vers l’atmosphère.
Or, la formation de combustibles fossiles est un processus très lent, ainsi, le flux atmosphère à géosphère est très faible. Cette exploitation des ressources non renouvelables explique l’augmentation importante de la concentration atmosphérique de CO2.
La fabrication de ciment augmente aussi la concentration atmosphérique de CO2 car elle nécessite d’utiliser des calcaires qui sont également un stock de carbone. Cela intensifie encore le flux géosphère-atmosphère.
Enfin, la déforestation, qui diminue la photosynthèse, diminue le flux atmosphère-biosphère.