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ATMOSPHÈRE PRIMITIVE RÉDUCTRICE ET ATMOSPHÈRE ACTUELLE OXYDANTE

La Terre s’est formée il y a plus de 4,5 milliards d’années (4,5 Go d’années) et sa première atmosphère, appelée atmosphère primitive, s’est formée à partir du dégazage du manteau il y a environ 4,4 milliards d’années, à l’époque appelée Hadéen. On a pu reconstituer la composition de cette atmosphère à l’aide de chondrites (météorites particulières dont on considère qu’elles ont la composition non différenciée de la Terre lorsqu’elle s’est formée). Aujourd’hui, on possède des échantillons de chondrites que l’on chauffe pour procéder à un dégazage qu’on considère similaire à celui qui s’est produit sur la Terre à cette époque.

Avec ces expériences, on a pu reconstituer l’atmosphère primitive pour constater qu’elle était majoritairement constituée d’eau à 80 %, mais aussi d'une quantité importante de dioxyde de carbone (12 %), un peu de diazote (1 à 3 %) et quelques autres éléments comme le sulfure d’hydrogène, l’acide chlorhydrique, le monoxyde de carbone. Il n’y avait donc pas à cette époque de dioxygène dans l’atmosphère terrestre, on l’appelle donc une atmosphère réductrice.

Or, si on compare cette composition à celle de l’atmosphère terrestre actuelle, on se rend compte que le diazote est maintenant majoritaire et en grande quantité (78 %) et surtout qu’il y a une très forte quantité de dioxygène (21 %), l’atmosphère actuelle est donc oxydante. Il y a également d’autres gaz en petites quantités et on constate qu’il y a eu une très forte diminution de la quantité de dioxyde de carbone et d’eau (moins de 1 %).

Les géologues ont travaillé sur des scénarios pour tenter de comprendre comment on est passé de la composition primitive à l’atmosphère actuelle. Trois points importants sont à retenir concernant cette évolution.

 

1. Refroidissement de la Terre et disparition de l’eau dans l’atmosphère

D’abord, peu de temps après la formation de la Terre, celle-ci s’est refroidie. L’eau qui se trouvait sous forme de vapeur s’est condensée, ce qui a donné naissance à la plupart des océans actuels.

 

2. Apparition de la vie

Ensuite, l’apparition de la vie a eu lieu à l’époque de l'Archéen, entre 3,8 et 3,5 Go d’années. On considère que les premières formes de vie contenaient des cyanobactéries qui ont donné naissance à de gros édifices calcaires appelés des stromatolites.

 

 

Les actuels stromatolites sont observés dans les eaux peu profondes et chaudes (en Australie). Ce sont des structures en forme de boule avec des lamelles accumulées qui correspondent à une partie très calcifiée et morte. Sur le dessus, proche du niveau de la mer, il y a une accumulation de cyanobactéries vivantes et photosynthétiques. Des stromatolites existent également sous forme de fossiles, on considère donc qu’ils ont fonctionné de la façon dont fonctionnent les stromatolites actuels. Les cyanobactéries, par la photosynthèse, auraient donc permis un dégagement de dioxygène lorsqu’elles sont apparues il y a environ 3,5 Go d’années. A partir de ce moment-là, le désengagement de dioxygène a permis un enrichissement, dans un premier temps, des eaux de mers peu profondes en dioxygène. Au départ, ce dioxygène a été piégé dans l’eau parce qu’il a été utilisé pour une oxydation de fer. Les eaux océaniques contenaient beaucoup de fer sous forme ferreux, $Fe^{2+}$, et le dioxygène a permis l’oxydation en fer $Fe^{3+}$. Des témoins de cette oxydation ont été retrouvées étant donné qu’il existe des roches, le fer rubané, qui se sont formées à peu près à cette époque correspondant à des couches d’accumulation de fer sous forme oxydée. Cette oxydation s’est donc faite avec le dioxygène des cyanobactéries.

Une fois que tout le fer contenu dans l’eau a été oxydé, le dioxygène toujours libéré par les cyanobactéries s’est répandu dans toutes les eaux océaniques terrestres puis a quitté la forme soluble et s’est retrouvé dans l’atmosphère. Il y a environ 2 milliards d’années, l’atmosphère a commencé à s’enrichir en dioxygène de manière importante.

 

3. Baisse du dioxyde de carbone atmosphérique

Enfin, il y a eu une baisse du dioxyde de carbone atmosphérique présent à 12% environ. En effet, il a été piégé par deux mécanismes :

- D’abord, la photosynthèse des êtres vivants étant donné qu’ils consomment du dioxyde de carbone et rejettent du dioxygène.

- Ensuite, le dioxyde de carbone a été piégé dans les roches carbonatées qui forment des amas calcaires en consommant du dioxyde de carbone et du calcium.

 

Conclusion : Ces trois évolutions importantes sont à retenir : le refroidissement de la Terre et la disparition de l’eau dans l’atmosphère ; l’apparition de la vie qui est essentielle dans l’évolution de la composition atmosphérique ; la baisse de dioxyde de carbone atmosphérique. Cette atmosphère est donc devenue petit à petit vivable pour des organismes plus complexes.