TH1 Science, climat et société
1.1 L’atmosphère terrestre et la vie
Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante avec celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère. Sa température de surface permet l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère. Aux facteurs physiques et géologiques (activité solaire, distance au Soleil, tectonique) s’est ajoutée l’émergence des êtres vivants et de leurs métabolismes. Un fragile équilibre est atteint, qui permet la vie et la maintient.
Constat : état de l’atmosphère actuelle
On appelle « atmosphère » l'enveloppe gazeuse qui entoure certains corps célestes comme, par exemple, la Terre, Vénus ou Mars. Les gaz sont maintenus autour de ces corps célestes par la force gravitationnelle qui les retient et les empêche de s'échapper vers l'espace.
L'épaisseur de l'atmosphère est fluctuante, entre 350 et 800 km ; elle dépend en particulier de l'activité solaire ; l'épaisseur moyenne est d'environ 600 km.
Sources : site meteofrance
Sur Terre, sa composition actuelle est d’environ 78 % de N2 et 21 % de O2, avec des traces d’autres gaz (dont H2O, CO2, CH4, N2O).
1.1.1 Evolution de l’atmosphère primitive
Activités : Etude de documents : stromatolithes et fers rubanés
Stromatolithes (wikipedia)
Découverte de stromatolithes
Évolution de la composition chimique relative de l'atmosphère terrestre
Activité : réalisation d'un schéma : échanges actuels de O2 entre les sources et les puits.
Extrait du programme officiel :
Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive était composée de N2, CO2 et H2O.
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.
Les premières traces de vie sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards d’années.
Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries ont produit le dioxygène qui a oxydé, dans l’océan, des espèces chimiques réduites. 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.
Savoir-faire
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.
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
1.1.2 La couche d'ozone
Activité : Etude de documents sur les mélanomes en Australie
Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène stratosphérique peut se dissocier, initiant une transformation chimique qui aboutit à la formation d’ozone. 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 solaire et protège les êtres vivants de ses effets mutagènes.
1.1.3 Cycle du carbone
Activité : Compléter le schéma du cycle du carbone
Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l’atmosphère, les sols, les océans, la biosphère et les roches. Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux (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.
Savoir-faire
- 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.