Thème 1 : Science, climat et société
L’atmosphère primitive de la Terre était différente de celle d’aujourd’hui. Sa transformation au cours des milliards d’années est liée aux processus géologiques et biologiques.
1.1 L’atmosphère terrestre et la vie
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| Grandes étapes de la formation du système solaire et donc de la Terre. |
Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante avec celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre (-4,55 Ga) a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère. Sa température et sa pression de surface permet l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère.
T1_C1_A1 : - Analyser des données, en lien avec l’évolution de la composition de l’atmosphère au cours des temps géologiques.
- Déterminer l’état physique de l’eau pour une température et une pression donnée à partir de son diagramme d’état.
Evolution de la composition chimique de l'atmosphère depuis la formation de la Terre.
BILAN : - 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.
T1_C1_A2 : - 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.
BILAN : - Les premières traces de vie sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards d’années. Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries (organismes constructeurs des stromatolites) ont produit le dioxygène qui a oxydé, dans l’océan, des espèces chimiques réduites (comme le fer : formation des BIF). 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 (feux de forêts, consommations de pétrole).
T1_C1_A3 : - Interpréter des spectres d’absorption de l’ozone et de l’ADN dans le domaine ultraviolet.
BILAN : Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène O2 stratosphérique peut se dissocier, initiant une transformation chimique qui aboutit à la formation d’ozone O3. Celui-ci constitue une couche permanente de concentration maximale située à une altitude d’environ 30 km. La couche d’ozone absorbe une partie du rayonnement ultraviolet (UV) solaire et protège les êtres vivants terrestres de ses effets mutagènes (altération des séquences ATGC de l’ ADN). Ainsi la vie aquatique (l’eau filtre les UV) a pu évoluer vers une vie terrestre protégée des UV par la couche d’ozone, vers -500 Ma.
T1_C1_A4 : - Analyser un schéma représentant le cycle biogéochimique du carbone pour comparer les stocks des différents réservoirs et identifier les flux principaux de carbone d’origine anthropique ou non.
BILAN : - Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l’atmosphère, les sols (humus), les océans (CO2 dissous), la biosphère (matière organique) et les roches carbonées (pétrole, charbon) et carbonatées (calcaire CaCO3). Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux (mesurés en tonne/an). Les quantités de carbone dans les différents réservoirs sont constantes lorsque les flux sont équilibrés. L’ensemble de ces échanges constitue le cycle du carbone sur Terre.
- Les combustibles fossiles se sont formés à partir du carbone des êtres vivants, il y a plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d’années. Ils ne se renouvellent pas suffisamment vite pour que les stocks se reconstituent : ces ressources en énergie sont dites non renouvelables.
