Transcription
Berceau de l'humanité depuis presque 2 millions d'années, la Terre est la seule planète connue à ce jour à abriter des formes de vie animale et végétale.
En effet, notre planète bleue fut la seule de notre système solaire à avoir pu réunir tous les éléments permettant l'apparition de la vie, c'est-à-dire des composés organiques, une température ambiante permettant la présence d'eau à l'état liquide, et enfin d'une attraction suffisamment importante à l'apparition d'une atmosphère épaisse à sa surface.
Il est évident que la Terre est passée par de nombreuses phases avant que ces conditions ne se soient mises en place. Depuis sa naissance il y a 4,5 milliards d'années, notre planète n'a pas cessé de se transformer. L'atmosphère n'échappe pas à la règle puisqu'elle a mis plusieurs millions d'années pour ressembler à celle que l'on connaît de nos jours. C'est d'ailleurs tel que l'on va parler dans cette vidéo : "De l'atmosphère primitive à actuelle".
Avant de nous lancer dans le sujet, définissons d'abord ce que l'on doit faire en général. L'atmosphère est, au sens large, une couche gazeuse qui englobe certains astres. La Terre, ainsi que d'autres planètes telles que Mars ou Jupiter, en sont pourvus mais ne répondent pas aux mêmes caractéristiques que la nôtre. Elle permet, dans notre cas, de nous protéger des UV et de réguler la température ambiante de la surface.
Mais alors, quelle est la différence entre l'atmosphère primitive et celle qui nous permet de vivre ? Pour comprendre, on doit remonter jusqu'au début de notre système solaire il y a 4,5 milliards d'années. On sait qu'au commencement, la Terre s'est formée par accrétion de particules à l'intérieur d'un grand nuage qui est à l'origine du système solaire. Ce nuage est essentiellement formé d'hélium et d'hydrogène. Quand le globe terrestre arrive à sa taille définitive, les principaux gaz qui constituent son atmosphère sont donc ces deux gaz. À ce moment, la température à la surface du globe terrestre est supérieure à 1500 degrés Celsius.
Par la suite, l'allumage de la centrale nucléaire solaire il y a 4,4 milliards d'années va produire un souffle très violent qui va remporter les gaz légers des planètes les plus proches du soleil vers les plus lointaines. Il ne reste dans l'atmosphère terrestre que des gaz lourds comme le méthane, l'ammoniac ou l'acide cyanurique. À ce moment, 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. Ces principaux formaient à l'époque ce que l'on appelait l'atmosphère primitive.
Aussi, les fortes quantités de vapeur d'eau présentes dans l'atmosphère entraînent un véritable déluge qui va former par la suite les océans.
Maintenant, une autre interrogation se pose. Comment cette atmosphère inapte à la vie de surface est-elle devenue celle d'aujourd'hui ? C'est en répondant à la question "Comment a-t-on pu noter le passage entre les deux ?" que l'on va pouvoir découvrir son évolution.
Comme nous l'avons vu précédemment, l'atmosphère primitive ne contenait pas d'oxygène. Aujourd'hui, on peut y mesurer une quantité d'oxygène atmosphérique de 21%. Il existe donc une évolution du taux d'oxygène au cours de l'histoire de notre planète. Sachant que l'apparition d'oxygène est l'un des principaux facteurs du changement de l'atmosphère, retrouver les marqueurs de son apparition semble nécessaire pour trouver notre réponse.
L'un de ses principaux indices peuvent être trouvées dans les roches sédimentaires, c'est-à-dire des roches provenant de l'accumulation de sédiments qui se déposent en plusieurs couches. Certaines de ces formations que l'on peut retrouver en Afrique du Sud contiennent des minerais de fer âgés de 3 milliards d'années. Elles présentent un aspect particulier caractérisé par une alternance de couches de silices et d'oxyde de fer. On appelle ces formations BIF. Or, pour qu'il y ait des couches riches en oxydes de fer, il faut deux éléments indispensables : de l'eau et du dioxygène.
On peut prouver leur nécessité en réalisant une expérience très simple. On utilise deux bocaux, tout deux remplis d'une même quantité d'eau, les contenant deux clous de fer chacun. On veut que ces bocaux représentent un milieu réducteur privé d'oxygène où le fer ne pourra pas rouiller, ainsi qu'un milieu oxydant où le fer pourra rouiller. Pour ce faire, on fait bouillir l'eau d'un des bocaux. En la faisant bouillir, on tente de réduire la quantité d'oxygène présente dans cette eau en l'évaporant. On y rajoute de l'huile ainsi qu'un couvercle permettant une étanchéité entre l'eau et le dioxygène du milieu extérieur. Cela veut dire que l'autre bocal est exposé à l'air libre en permanence. Après 48 heures, on remarque que les clous exposés dans le milieu aqueux et oxygéné ont énormément rouillé, contrairement à l'autre milieu privé d'oxygène. L'expérience montre donc bien que l'oxyde de fer n'apparaît qu'en présence d'eau et de dioxygène. On constate que l'oxyde de fer n'apparaît que en présence d'eau et de dioxygène. Les BIF peuvent donc se former seulement dans des océans chargés en dioxygène.
Deux autres interrogations majeures se posent alors : "Comment le fer est-il arrivé dans les océans et pourquoi ne s'est-il pas oxydé sur la surface ?" Aussi, "Comment les océans peuvent-ils être chargés d'oxygène si l'atmosphère ne l'était pas ?"
On peut répondre à la première question par déduction. Pour que les formations de BIF puissent voir le jour, il faut que le fer puisse arriver jusqu'à l'océan. On sait que le fer s'oxyde en présence d'eau, or s'il est oxydé dans les cours d'eau en milieu continental, il précipitera et il ne pourra pas atteindre le milieu marin. Le fer doit donc se trouver sous sa forme réduite Fe2+, ce qui induit qu'il ne peut se faire sans oxygène. En revanche, sa précipitation océanique implique un milieu oxydant, donc oxygéné.
On propose ainsi le schéma suivant : Le fer Fe2+, possible grâce à une atmosphère sans oxygène, est amené dans les océans sous forme soluble par de fortes pluies ou des ruissellements, responsables du passage de l'érosion des continents. Une fois dans l'océan, le fer Fe2+, réagissant avec l'oxygène présent dans l'eau, forment des oxydes de fer appelés Fe3+, qui précipitent et entrent dans la composition des fer rubanés. Le fer oxydé est insoluble et prend une teinture rouge. Voilà, maintenant on sait comment les BIF se sont formés !
Il est temps maintenant de répondre à la deuxième question : d'où vient "D'où vient l'oxygène ?" En expliquant la formation des BIF, il a fallu que l'oxygène soit présent dans les océans et non dans l'atmosphère. Cela veut dire que l'oxygène est premièrement apparu dans les océans avant d'atteindre la surface. Or, on sait que les premiers êtres vivants sont apparus dans les océans, la vie de surface étant impossible dû à l'absence de couche d'ozone. Contrairement aux océans où l'eau servait de réflecteur d'UV.
Des micro-organismes pourraient donc être la source de l'apparition de l'oxygène, notamment grâce à la photosynthèse qui consiste à transformer l'énergie lumineuse en composés organiques. Cette bio-synthèse permet à certaines plantes chlorophylliennes d'utiliser la lumière pour se développer. Durant ce procédé, de l'oxygène est généré. Justement, on a retrouvé des fossiles de bactéries vieilles de 3,5 milliards d'années, soit autant que certaines BIF. On les appelle des cyanobactéries. On en trouve notamment sur des structures de calcaire en forme de chou-fleur appelées stromatolithes, que l'on peut retrouver en Australie, aux Bahamas ou bien dans les lacs salés de Russie. Ces structures sont constituées de filaments cyanobactériens, de particules sédimentaires et de couches de calcaire. Ces cyanobactéries sont vertes, c'est-à-dire qu'elles contiennent de la chlorophylle et donc, peuvent réaliser la photosynthèse. Le dioxygène étant un produit secondaire de la photosynthèse, on peut estimer que c'est l'apparition de la photosynthèse qui a permis l'apparition du dioxygène dans les océans et donc par conséquent l'oxydation du minerai de fer.
C'est seulement lorsque les océans étaient surchargés que l'oxygène a été rejeté à la surface, et au fur et à mesure des années, a commencé à transformer l'atmosphère. On sait maintenant d'où vient l'O2.
Le rejet d'oxygène dans l'atmosphère va donc permettre deux choses : Premièrement, vu que l'atmosphère est maintenant oxydante, le fer Fe2+ qui était autrefois soluble devient Fe3+ qui lui est insoluble à la surface et donc restait prisonnier. Le fer ne pouvant plus être emmené dans les océans, il n'y avait plus de formation de BIF. À la place, des roches de couleur rougeâtre appelées paléosols, composées principalement d'hydroxyde ferrique, s'étaient formées il y a 2,5 milliards d'années grâce à une atmosphère riche en oxygène. Cette formation est également un autre marqueur.
Deuxièmement, la création de la couche d'ozone autour du globe terrestre : Les molécules d'oxygène sont divisées en atomes d'oxygène par les rayons UV. La combinaison d'un atome et d'une molécule d'oxygène va former l'ozone. Son apparition va permettre à la vie de se développer à la surface, maintenant protégée des ultraviolets UV.
En définitive, les BIF qui se formaient seulement dans les milieux marins il y a 3,5 milliards d'années témoignent de l'apparition de l'oxygène dans les océans. Les paléosols qui se forment seulement sur les continents il y a 2,5 milliards d'années témoignent de l'apparition de l'oxygène à la surface de la Terre. Entre autres, la fin de formation de BIF et le début de formation de paléosols permet de situer la transition entre une atmosphère réductrice et oxydante, soit de "l'atmosphère primitive à actuelle".
FIN. Vous avez tout compris maintenant. *Clap clap*