I
De l'atmosphère primitive à l'atmosphère actuelle
La composition de l'atmosphère a évolué de l'atmosphère primitive à l'atmosphère actuelle. L'atmosphère primitive était principalement constituée de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone. L'atmosphère actuelle est pauvre en eau et en dioxyde de carbone mais riche en dioxygène. Le refroidissement de la Terre a permis l'apparition d'eau liquide et la formation des océans.
A
La composition de l'atmosphère
La composition de l'atmosphère actuelle est différente de celle qui existait au moment de la formation de la Terre il y a 4,6 milliards d'années. L'atmosphère primitive était riche en eau et en dioxyde de carbone, l'atmosphère actuelle est riche en diazote et en dioxygène.
L'atmosphère primitive date de la formation de la Terre, il y a 4,6 milliards d'années. Sa composition proviendrait du volcanisme intense qui régnait à cette époque. En effet, les volcans actuels libèrent principalement de l'eau (sous forme de vapeur d'eau), du dioxyde de carbone ainsi que du diazote et d'autres gaz.
Les principaux changements entre l'atmosphère primitive et l'atmosphère actuelle sont la disparition presque totale de la vapeur d'eau (\ce{H2O}) et du dioxyde de carbone (\ce{CO2}), l'augmentation de la teneur en diazote (\ce{N2}) et l'apparition de dioxygène (\ce{O2}).
L'atmosphère actuelle contient de nombreux gaz à l'état de traces. En plus de l'eau et du \ce{CO2}, on trouve du méthane (\ce{CH4}) et du protoxyde d'azote (\ce{N2O}), gaz à effet de serre.
B
L'apparition de l'eau liquide
Le refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère initiale. Cette accumulation d'eau liquide pendant des millions d'années a formé les océans.
Les changements d'état de l'eau dépendent des conditions de pression et de température régnant à la surface de la Terre.
Actuellement, sur Terre, il règne une pression de 1 atm et une température moyenne de 15 °C, ce qui permet la présence d'eau liquide.
Au point triple, l'eau est présente sous les trois états : solide, liquide et gaz.
L'atmosphère primitive est épaisse, la température et la pression sont très élevées et ne permettent pas la présence d'eau liquide. L'eau est présente sous forme de gaz, la vapeur d'eau. Peu à peu, la température du sol diminue, entraînant le refroidissement de l'atmosphère. Lorsque la température devient suffisamment basse, la vapeur d'eau passe à état liquide. Les premières gouttes de pluie brûlantes (300 °C) tombent sur le sol. L'atmosphère se vide peu à peu de sa vapeur d'eau, entraînant une diminution de la pression atmosphérique et une diminution de l'effet de serre, favorisant le refroidissement. Il pleut ainsi pendant plusieurs milliers d'années et l'hydrosphère se forme. La température et la pression continuent de chuter pour atteindre celles que l'on connaît aujourd'hui.
II
L'enrichissement de l'atmosphère en dioxygène
L'enrichissement de l'atmosphère en dioxygène est initié par l'apparition de la vie dans les océans. Aujourd'hui, les flux de dioxygène sont essentiellement liés aux mécanismes biologiques des êtres vivants ainsi qu'aux combustions. L'abondance du dioxygène a permis la formation de l'ozone dans l'atmosphère à l'origine du développement de la vie sur Terre.
A
La vie et l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère
L'émergence de la vie dans les océans, il y a 3,5 milliards d'années, a permis l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère grâce à des organismes photosynthétiques, les cyanobactéries. À partir de 2,4 milliards d'années, l'atmosphère s'est enrichie en dioxygène grâce aux échanges entre l'océan et l'atmosphère.
Pour établir les phénomènes qui se sont produits il y a des millions d'années, les scientifiques utilisent le principe de l'actualisme. Ils considèrent que les phénomènes géologiques du passé se sont formés de la même façon que ceux d'aujourd'hui. C'est ainsi que l'on peut reconstituer l'histoire du passé.
Plusieurs indices permettent de reconstituer l'histoire de l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère : la présence de stromatolites, les dépôts de fer rubané, ou encore la présence d'uraninite.
Les stromatolites sont des formations calcaires résultant de l'activité de cyanobactéries. Les plus anciennes sont datées de -3,5 milliards d'années. Le \ce{CO2} dissous dans l'eau est utilisé par les cyanobactéries lors de la photosynthèse, libérant ainsi de l'\ce{O2}. L'eau s'enrichit donc en \ce{O2} à partir de -3,5 milliards d'années. Il n'apparaît pas encore dans l'atmosphère.
Photosynthèse : 6\ce{CO2}+6\ce{H2O}→\ce{C6H12O6}+6\ce{O2}
Cyanobactéries
Les cyanobactéries sont des bactéries photosynthétiques également appelées « algues bleues ».
Les dépôts de fer rubané, formations sédimentaires marines, sont composés d'oxydes de fer qui donnent la couleur rouge à ces roches. Ils indiquent la présence d'\ce{O2} dans l'eau. En effet, les ions \ce{Fe2+} présents dans l'eau ne s'oxydent qu'en présence d'\ce{O2}. L'épuisement des ions \ce{Fe2+} ralentit la formation de fer rubané. La teneur en \ce{O2} de l'eau augmente et enrichit l'atmosphère en \ce{O2} à partir de -2,4 milliards d'années.
L'hématite \ce{Fe2O3} est un exemple d'oxyde de fer donnant la couleur rouge aux roches. Il se forme selon la réaction suivante :
4\ce{Fe}+3\ce{O2}→4\ce{Fe2O3}
D'autres indices corroborent ces résultats :
- L'uraninite est un minéral soluble dans l'eau oxygénée. Sa présence dans des dépôts détritiques des fleuves datés de -3,5 à -2,2 milliards d'années indique l'absence ou une trop faible présence d'\ce{O2} dans l'atmosphère terrestre pendant cette période.
- Les couches rouges riches en oxydes ferriques formées en milieu continental, dont les plus anciennes sont datées de 2 milliards d'années, révèlent la présence d'\ce{O2} atmosphérique à cette époque.
La teneur actuelle d'\ce{O2} atmosphérique est présente depuis 500 millions d'années et correspond à l'explosion de la vie sur Terre.
B
Les flux de dioxygène
Les flux de dioxygène s'observent entre l'atmosphère et la biosphère. Les êtres vivants sont à la fois des puits et des sources de dioxygène. La teneur en dioxygène de l'atmosphère est ainsi maintenue. Les combustions liées aux activités humaines s'ajoutent aux puits naturels de dioxygène.
Une source d'\ce{O2} est un mécanisme qui produit de l'\ce{O2}, donc enrichit l'atmosphère en \ce{O2}.
Les êtres vivants aquatiques ou terrestres réalisant la photosynthèse libèrent de l'\ce{O2} dans l'atmosphère. Ce sont les sources d'\ce{O2}.
Un puits d'\ce{O2} est un mécanisme qui consomme de l'\ce{O2}, donc appauvrit l'atmosphère en \ce{O2}.
Les êtres vivants réalisant la respiration utilisent l'\ce{O2}, tout comme les combustions. En effet, dans une combustion, le comburant est le plus souvent le dioxygène. Combustions et respiration sont deux puits de dioxygène.
C
L'ozone dans l'atmosphère
L'ozone est formé dans l'atmosphère par l'action du rayonnement ultraviolet sur le dioxygène. Il constitue une couche protectrice ayant permis l'apparition et le développement de la vie en dehors des océans.
La couche d'ozone est située entre 20 et 50 km d'altitude. Sous l'action des rayons ultraviolets (UV), le dioxygène est dissocié en deux atomes d'oxygène (\ce{O}). Un atome d'oxygène s'associe à une molécule de dioxygène (\ce{O2}) pour former une molécule d'ozone (\ce{O3}).
L'ADN absorbe les UVC responsables de nombreuses mutations de l'ADN. L'ozone absorbe également les UVC, ainsi qu'une partie des UVB. L'ozone atmosphérique protège ainsi l'ADN de nombreuses mutations.
Les crèmes solaires contiennent des substances absorbant les UVA et les UVB dont l'ozone ne nous protège pas.
III
L'appauvrissement de l'atmosphère en dioxyde de carbone
L'appauvrissement de l'atmosphère en dioxyde de carbone est lié au stockage du carbone dans plusieurs réservoirs. Les échanges entre les réservoirs constituent le cycle du carbone. Les combustibles fossiles constituent un réservoir de carbone. Ils représentent une source d'énergie non renouvelable.
A
Le cycle du carbone
Le cycle du carbone représente l'ensemble des échanges réalisés entre les grands réservoirs constitués par la biosphère, la lithosphère, l'hydrosphère et l'atmosphère. Les flux permettent de maintenir son équilibre.
Les échanges de carbone entre les réservoirs sont quantifiés sous forme de flux (Gt/an). Une gigatonne = 109 tonnes.
Les flux de carbone indiquent la masse de carbone qui passe d'un réservoir à l'autre par unité de temps.
Le plus grand réservoir de carbone est la lithosphère avec les roches carbonatées (calcaire) et les roches carbonées (pétrole, gaz, houille).
Les flux naturels les plus importants sont réalisés par les mécanismes de respiration et photosynthèse. Les êtres vivants, composant la biosphère, réalisent des échanges de \ce{CO2} avec l'atmosphère.
Les flux d'origine anthropique (humaine) sont principalement des émissions de \ce{CO2} dans l'atmosphère lors des combustions de carburant fossile (roches carbonées) et de la déforestation.
B
Les combustibles fossiles, un réservoir de carbone
Les combustibles fossiles constituent un réservoir de carbone que l'homme exploite comme source d'énergie. Lors de leur combustion, le carbone stocké dans les roches est libéré sous forme de dioxyde de carbone, venant perturber le cycle naturel du carbone. C'est une source d'énergie non renouvelable.
L'homme utilise le charbon ou le pétrole comme source d'énergie pour le chauffage, les machines, le transport, etc. La combustion du pétrole ou du charbon libère du \ce{CO2} dans l'atmosphère et perturbe le cycle naturel du carbone. La quantité de \ce{CO2} libérée contribue à accélérer le réchauffement climatique.
De plus, il a fallu des millions d'années à ces roches pour se former. Leur combustion se réalise à l'échelle de temps humain. Ainsi, ces roches représentent une source d'énergie non renouvelable. Ces ressources seront épuisées bien avant le renouvellement de leur stock.
FAQs
Quel est le rôle de l'atmosphère pour la vie sur Terre ? ›
L'atmosphère terrestre est essentielle au maintien de la vie sur la Terre : elle la protège des rayons nocifs du Soleil et elle réduit la variation de la température grâce à l'effet de serre.
Quels sont les 4 rôles de l'atmosphère ? ›II – Le rôle de l'atmosphère.
– de protéger la Terre des rayons UV issus du Soleil (couche d'ozone); – de protéger la Terre du bombardement des météorites; – de maintenir la température terrestre à une moyenne de 15°C; – de respirer.
Dans les 100 premiers kilomètres, l'atmosphère est composée à 91 % d'azote et d'oxygène. Ses autres constituants sont les cinq gaz nobles : argon, néon, hélium, krypton et xénon ainsi que le gaz carbonique, l'hydrogène, le méthane, l'oxyde d'azote, l'ozone et la vapeur d'eau.
Quelles caractéristiques de l'atmosphère ont permis l'apparition de la vie ? ›L'émergence de la vie dans les océans, il y a 3,5 milliards d'années, a permis l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère grâce à des organismes photosynthétiques, les cyanobactéries. À partir de 2,4 milliards d'années, l'atmosphère s'est enrichie en dioxygène grâce aux échanges entre l'océan et l'atmosphère.
Quelles sont les 7 couches de l'atmosphère ? ›Pour Troposphère, Stratosphère, Mésosphère, Thermosphère, Ionosphère et Exosphère. Ou encore: j'ai trop de stratos donc mets-le dans un thermos.
Quelles sont les 4 couches de l'atmosphère ? ›Aujourd'hui, en se fondant sur les variations de température, on divise l'atmosphère en quatre couches distinctes : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère.
Où se trouve l'atmosphère terrestre ? ›On la trouve en moyenne vers 6 à 8 km aux pôles, 11 km aux latitudes tempérées et vers 16-18 km aux latitudes équatoriales. La moyenne atmosphère superpose la stratosphère, jusqu'à une cinquantaine de kilomètres d'altitude, et la mésosphère.
Où se termine l'atmosphère ? ›La ligne de Kármán, à 100 km , est considérée comme la frontière entre l'atmosphère et l'espace par la Fédération aéronautique internationale. L'altitude de 120 km marque la limite où les effets atmosphériques deviennent notables durant la rentrée atmosphérique de tout objet solide.
Comment s'est formé l'atmosphère terrestre ? ›L'atmosphère primitive s'est formée il y a plus de 4 milliards d'années, alors que la Terre se refroidissait et que certains éléments très légers se sont échappés du magma originel pour former l'enveloppe atmosphérique de l'époque, composée essentiellement d'hydrogène et d'hélium.
Qu'est-ce qui compose l'atmosphère ? ›L'atmosphère terrestre correspond à la couche de gaz et de particules qui entoure notre planète. L'air se compose très majoritairement de diazote (78 %), de dioxygène (21 %) et d'autres gaz, dont l'argon et le dioxyde de carbonedioxyde de carbone.
Quel est le gaz nécessaire à la vie ? ›
L'air contient un gaz indispensable à la vie : le dioxygène (O2). Les êtres humains, les animaux et les végétaux l'absorbent et rejettent du dioxyde de carbone.
Quelle est la couche la plus importante ? ›Importance de la troposphère pour la vie sur Terre
L'étude de la troposphère est très importante car cette couche atmosphérique contient l'air que nous respirons.
Ainsi, on ne sait pas encore avec certitude où sont apparues les premières formes de vie. Beaucoup de scientifiques croient que la vie a émergé dans les sources hydrothermales au fond des océans, alors que d'autres pensent que les premiers organismes ont évolué dans de petites mares chaudes avoisinant des volcans.
Pourquoi l'atmosphère reste autour de la Terre ? ›L'atmosphère reste confinée autour de la Terre grâce à la gravitation. On peut le comprendre en imaginant ce qui se passe à la limite supérieure de l'atmosphère et en faisant appel à la théorie atomiste, ainsi qu'à la physique statistique.
Quel est la couche qui entretien la vie ? ›Une chose sûre dans ce domaine concerne la couche d'ozone : elle absorbe les ultraviolets, très énergétiques et très nocifs. En son absence, toutes les formes de vie seraient brûlées vives à part certaines bactéries primitives.
Quels sont les différents types de l'atmosphère ? ›La troposphère concentre 90% de l'air contenue dans l'atmosphère. La stratosphère s'étend en moyenne de 12 à 50 km d'altitude. La température y augmente régulièrement. La mésosphère s'étend en moyenne de 50 à 80 km d'altitude.
Où l'atmosphère terrestre est la plus froide ? ›Mésosphere, caractéristiques d'altitude et de température
C'est à sa limite supérieure que l'on trouve les températures les plus basses de l'atmosphère terrestre : la température peut y descendre localement jusque 100 K (-173°C).
- La première couche, celle dans laquelle nous vivons, s'appelle la troposphère. Elle est épaisse d'une dizaine de kilomètres, et elle est caractérisée par une décroissance moyenne de la température avec l'altitude de 0,65 °C par 100 mètres.
Quelle est la limite de l'atmosphère ? ›Choix d'une couche limite
Une autre façon d'approcher la solution est de choisir une couche comme limite de l'atmosphère : l'exosphère, qui s'étend de 350 à 800 km (en fonction de la température de la thermopause) jusqu'à 10 000 km (ou plus), peut être cette couche-limite.
| Caractéristiques générales de l'atmosphère terrestre | |
|---|---|
| Pression à la surface (millibars) | 1013 |
| Principaux constituants (en volume) | |
| Azote (N2) | 78,084% |
| Oxygène (O2) | 20,946% |
Qui a découvert la composition de l'atmosphère ? ›
(Source : NASA). Parallèlement, la pression de l'air est découverte par Galilée (1564) avant d'être démontrée par Torricelli; Pascal trouve qu'elle varie suivant l'altitude.
Quel est l'origine du mot atmosphère ? ›( XVII e siècle) Du grec ancien ἀτμός , atmós (« vapeur ») et σφαῖρα , sphaîra (« balle, sphère »).
Comment s'appelle l'espace entre le ciel et la Terre ? ›La ligne de Kármán définit la limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace, pour la Fédération aéronautique internationale.
Quel est le poids de l'atmosphère ? ›La masse totale de l'atmosphère est estimée à 5,29 1018 kg, masse négligeable comparée à celle des mers (1,35 1021 kg) ou de l'ensemble du globe (5,98 1024 kg). Les gaz et la vapeur d'eau en sont les constituants transparents. Les particules d'eau et de glace donnent les nuages, le brouillard et les précipitations.
Pourquoi étudier l'atmosphère ? ›La chimie de l'atmosphère cherche à comprendre les causes de ces problèmes et, en en obtenant une compréhension théorique, permet de tester les solutions possibles et d'évaluer les effets des changements apportés à la politique gouvernementale.
Quelle est l'origine de la vie ? ›Les premiers organismes vivants seraient donc apparus sur Terre à peine quelques centaines de millions d'années après la formation de la planète. Les travaux scientifiques contemporains sur les origines de la vie adoptent des approches très diverses, qu'elles soient ancrées dans la biologie, la biochimie ou la chimie3.
Quels sont les deux principaux composants de l'air ? ›L'air est un mélange gazeux, il est composé majoritairement : de diazote (78 %) dont la formule chimique est N2 ; de dioxygène (21 %) dont la formule chimique est O2.
Quel est l'âge de notre atmosphère actuelle ? ›Aux alentours de 2 milliards d'années, tout le fer des océans étant oxydé le dioxygène est libéré dans l'atmosphère. A 3 milliards d'années, la température est descendue aux alentours de 50 °C. Pour finir, depuis 2 milliards d'années notre atmosphère et l'atmosphère dites «actuelle».
Quels sont les 4 principaux gaz à effet de serre ? ›Le dioxyde de carbone (CO2) : bien moins présent dans l'atmosphère que la vapeur d'eau, le CO2 participe à 25% de l'effet de serre car sa capacité à retenir la chaleur est très élevée. Le méthane (CH4) Le protoxyde d'azote ou oxyde nitreux (N2O) L'ozone (O3)
Quel gaz rejette l'homme ? ›C'est là que par un échange avec l'air tout proche, le sang perd une bonne partie de son dioxyde de carbone que l'on rejette ensuite en expirant (l'air que l'on avait inspiré, lui, n'en contenait presque pas).
Quel est le nom du gaz qui ne participe pas à la respiration ? ›
Le diazote n'est donc pas absorbé par l'organisme lors de la respiration. Le nom "azote" vient d'ailleurs de cette propriété. Antoine Lavoisier a choisi ce nom pour la raison suivante. Le préfixe "a " signifie "sans ", et "zoe " en grec signifie "vivant ".
Pourquoi le CO2 reste dans l'atmosphère ? ›C'est lui qui permet de retenir une partie de la chaleur fournie par le soleil. Sans effet de serre, pas de vie sur Terre, il y ferait des températures négatives en permanence. Le principal gaz à effet de serre est d'ailleurs la vapeur d'eau.
Comment s'appelle la première couche de la Terre ? ›La troposphère (entre 0 et environ 15 km) est la première couche au-dessus de la surface de la Terre et contient environ 85 à 90% de la masse totale de l'atmosphère de la Terre.
Quels sont les quatre enveloppes de la Terre ? ›La structure interne de la Terre désigne la répartition de l'intérieur de la Terre en enveloppes emboîtées : principalement la croûte terrestre, le manteau et le noyau, selon le modèle géologique actuel, qui s'efforce de décrire leurs propriétés et leurs comportements au cours des temps géologiques.
Quels sont les gaz naturels ? ›À l'état brut (avant traitement), le gaz naturel se compose principalement de méthane; il peut contenir également, en quantités variables, de l'éthane, du propane, du butane et du pentane (souvent désignés collectivement sous le nom de « liquides du gaz naturel [ LGN ] »).
Quels sont les différents types de gaz ? ›Gaz naturel, gaz propane, gaz butane, biogaz, biométhane… Tous ces types de gaz sont des gaz dits combustibles, utiles pour des usages domestiques. Leur combustion libère en effet de l'énergie thermique, récupérée pour faire fonctionner vos appareils (cuisson, chauffage, etc.) ou même vos véhicules (GNV).
Où la France achète le gaz ? ›Importations de gaz naturel par pays d'origine
La Norvège demeure le principal fournisseur de la France (36 % du total des entrées brutes), devant la Russie (17 %), l'Algérie (8 %), les Pays-Bas (8 %), le Nigeria (7 %) et le Qatar (2 %).
55 % de la consommation de gaz naturel en Europe est dédiée à l'industrie et au secteur électrique. Le gaz naturel est utilisé comme matière première dans l'industrie chimique, notamment pour la pétrochimie et le raffinage. Le gaz naturel offre un bilan environnemental très favorable dans la production d'électricité.