Chapitre de SVT ES terminale: Comment l’atmosphère terrestre a-t-elle favorisé le développement de la vie et son maintien ?

« Thème 1 : Science, climat et société Chapitre 1.1 : L’Atmosphère terrestre et la vie Comment l’atmosphère terrestre a-t-elle favorisé le développement de la vie et son maintien ? Rappels : Météo ≠ climat Les organismes chlorophylliens sont capables de produire leur propre MO (masse organique) (sans prélever dans leur milieu), uniquement à partir de MM (matière minérale) (eau et sels minéraux) et d’énergie lumineuse, à conditions de posséder de la chlorophylle.

Ce métabolisme particulier dont sont dotés les végétaux chlorophylliens s’appelle la photosynthèse. Lumière H2O + CO2  C6H12O6 + O2 MM Glucose = MO 1–c 2–a 3–d 4–b Toutes les planètes de notre SS possèdent une atmosphère sauf Mercure : c’est une couche de gaz au-dessus de la surface de la planète. 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 ? En quoi l’atmosphère protège-t-elle les EV ? Comment l’apparition de la vie a-t-elle influencé la composition chimique de l’atmosphère ? Quelles sont les conséquences des échanges de C entre l’atmosphère et les autres enveloppe terrestres ? I – Formation de l’atmosphère primitive 1) Origine de l’atmosphère primitive Tous les objets du SS sont contemporains et se sont formés à partir des mêmes éléments chimiques.  Activité 1 : Déterminer l’origine de l’atmosphère primitive et sa composition 1) Analyser les gaz volcaniques Analyser les gaz des chondrites (= météorites) Atmo primitive : absence d’O2, beaucoup de vapeur d’eau et un peu de CO2 2) Il y a plus de diazote et de dioxygène de nos jours dans l’atmosphère que dans l’atmosphère primitive. Dioxygène inexistant dans l’atmosphère primitive 3) Elle s’est formée grâce à des bombardements de météorites qui ont provoqués une importante libération d’énergie thermique. 4) origine cosmique et origine volcanique 5) baisse de la température et de la pression 6) la photosynthèse ? 2) Formation de l’hydrosphère  Voir Activité 2 : 1) L’eau dépend de 2 paramètre : la température et la pression atmosphérique 2) 3) 4) Pression et température ont diminué. 5) L’eau a une double origine : cosmique (apports de météorites) et volcanique (par dégazage du manteau primitif lors d’éruptions volcaniques) : l’eau est au début de la formation de la Terre sous forme gazeuse, puis va petit à petit se liquéfier, sous la diminution des températures et de la pression  formation des océans d’eau liquide. Bilan : L’hydrosphère terrestre a une double origine : cosmique (apport d’eau par les météorites et les comètes) et dégazage de la vapeur d’eau par le manteau primitif.

Cette vapeur s’est ensuite condensée (= liquéfié) à cause du refroidissement de la Terre et de l’atmosphère, formant des océans d’eau liquide.

Les conditions de P et de T sur Terre font que l’eau y est présente sous 3 états : solide, liquide et gazeux. II – L’apparition du dioxygène atmosphérique  Aujourd’hui le dioxygène constitue 21% de l’atmosphère actuelle, pourtant il était probablement absent de l’atmosphère primitive de la Terre.  Des indices géologiques permettent de retracer l’histoire du dioxygène atmosphérique.  Voir Activité 3 : Colonie de Nostoc (= cyanobactérie actuelle Cellule végétative Hétérocyste (= cellule reproductrice Stromatolites : Scanner schéma FFR = fer rubanés = Bif Roche sédimentaire d’origine marine Lamine rouge = hématite = oxyde de fer III : Fe2O3 (rouille) Après 1,8 Ga il ne se forme plus de FFR 4 Fe2+ (II) + 3 O2  Fe2O3 Soluble Hématite Fe III insoluble (précipité) Bilan : Les premières traces de vie retrouvées sur Terre sont des stromatolithes datés de 3,5 Ga.

Ces organismes proches des cyanobactéries actuelle, ont contribué, par photosynthèse, à faire augmenter la quantité de O2 dans l’hydrosphère. En effet, dans un premier temps, le dioxygène s’est accumulé dans les océans et a permis l’oxydation du fer océanique, formant de l’hydroxyde ferrique (oxyde de fer III).

En précipitant, ces dépôts ont donné les formations de fers rubanés dans les océans.

Ces roches sédimentaires marines se sont formés entre 2,5 et 1,9 Ga.  Activité 4 : A/ Analyse de résultat expérimentaux : les interactions chimiques entre les cyanobactéries et les minerais de fer aquatiques (Fe 2+). Doc 1 : 1) en absence de lumière, la quantité de dioxygène diminue, elle passe de 6 à 5,5 mg d’O2/L, dans l’enceinte de réaction : les cyanobactéries consomment du dioxygène, cette consommation est liée à la respiration. Puis, à la lumière, la quantité de dioxygène augmente (elle passe de 5,5 à 7 mg d’O2/L) dans l’enceinte.

Cette augmentation provient de la production de ce gaz par les cyanobactéries via la photosynthèse puis à sa libération. Donc pendant la phase à l’obscurité, les cyanobactéries réalisent la RESPIRATION alors que pendant la phase à la lumière, elles réalisent la PHOTOSYNTHESE. Enfin, une injection unique d’une solution d’ions ferreux Fe 2+ provoque la chute voire la disparition totale du dioxygène dans l’enceinte.

La photographie montre l’existence d’un dépôt de couleur rouille dans l’enceinte.

Ce précipité correspond à de l’hydroxyde ferrique Fe(OH)3 ce qui explique la chute observée du taux de dioxygène ayant servi à l’oxydation du fer : le Fe2+ a réagi avec l’O2 du milieu lors d’une réaction d’oxydo-réduction pour former un oxyde de fer III : Fe(OH)3. Réactions : 4 Fe2+  4 Fe3+ + 4 eO2 + 4 e- + H3O+  6 H2O Fe3+ + 3 OH-  Fe(OH)3 Doc 2 : 2) Dans le bécher de gauche : Fe2SO4 + H2O  Fe2+ soluble + SO42- + H2O Le Fe II est soluble Dans le bécher de droite (avec O2) : 4 Fe2+  4 Fe3+ + 4 e- et O2 + 4 e- + 4 H3O+  6 H2O Fe3+ + 3 OH-  Fe(OH)3 L’hématite Fe2O3 est une forme déshydratée de l’oxyde ferrique, ce qui signifie qu’il y a eu perte d’eau soit la réaction : 2 Fe(OH)3  Fe2O3 + 3 H2O 3) Entre -3,5 Ga et -2,4 Ga, le dioxygène est libéré dans les eaux océaniques par la photosynthèse cyanobactérienne.

Ces eaux riches en ions Fe 2+ qui réagissent avec le dioxygène.

Des roches, les fers rubanés, se forment emprisonnant l’oxygène sous forme d’oxydes de fer et l’empêchant ainsi de passer dans l’atmosphère.

Une fois les ions Fe2+ en grande partie épuisés.... »