Le système solaire s’est formé il y a 4,57 Ga (milliards d’années) (voir 1ES) et la Terre s’est individualisée peu après. La vie sur Terre s’est développée grâce à la composition particulière de son atmosphère et à sa température liée à sa distance au Soleil, compatibles avec la vie. Comment la composition de l’atmosphère terrestre a-t-elle évolué depuis sa formation pour permettre l’apparition de la vie ? 

I. Formation de l’atmosphère et apparition de la vie

L’atmosphère est l’ensemble des gaz retenus à la surface d’une planète.Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive était composée de diazote (N₂), dioxyde de carbone (CO₂) et vapeur d’eau (H₂O). Elle s’est formée notamment grâce au dégazage du manteau par volcanisme, et aux météorites. L’atmosphère primitive ne contient pas de dioxygène O2, contrairement à l’atmosphère actuelle, et est beaucoup plus riche en vapeur d’eau et en CO₂. En effet, sa composition actuelle est d’environ 78 % de diazote N₂ et 21 % de O₂, avec des traces d’autres gaz (dont l’eau H₂O, le dioxyde de carbone CO₂, le méthane CH₄, l’oxyde nitreux N₂O).

B. La formation des océans

Le refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère initiale, formant ainsi les rivières, les fleuves, les lacs, les mers et océans. L’hydrosphère, correspondant à l’ensemble de l’eau liquide sur Terre, s’est formée dans laquelle s’est développée la vie.

C. Apparition de 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 comme le fer, formant notamment des gisements de fer rubané. 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. 

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II. L’évolution de l’atmosphère actuelle

A.    L’oxygène

Les sources et les puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd’hui essentiellement liés aux êtres vivants (photosynthèse et respiration) et aux combustions d’origine anthropiques (=liées à l’activité humaine :déforestation, brûlis, combustion de charbon, pétrole, …). Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène stratosphérique peut se dissocier, initiant une transformation chimique qui aboutit à la formation d’ozone O₃. Celui-ci constitue une couche permanente de concentration maximale située à une altitude d’environ 30 km : c’est l’ozone stratosphérique (à ne pas confondre avec l’ozone troposphérique issu de la pollution et qui est dangereux pour la santé). La couche d’ozone absorbe une partie du rayonnement ultraviolet solaire et protège les êtres vivants de ses effets mutagènes, ce qui a permis l’apparition de la vie en milieu terrestre. 

B.   Le carbone

Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels: les roches de la lithosphère (100.10⁶ Gt),  les océans (38 000 Gt), les sols et la biosphère (2200 Gt ), l’atmosphère (750 Gt). Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux (tonne/an). La respiration et la photosynthèse s’équilibrent (100 Gt/an), la dissolution et le dégazage du CO₂ des océans aussi (90 Gt/an). Ainsi, 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 (pétrole, charbon, gaz) 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 (à l’échelle des temps humains). La combustion de ces ressources naturelles fossiles par l’Homme libère du dioxyde de carbone dans l’atmosphère dont la quantité augmente. Une partie du dioxyde de carbone atmosphérique est dissous dans les océans, ce qui contribue à l’acidification des océans.  Le cycle du carbone est donc modifié de façon anthropique (= due à l’Homme).

© TES Le livre scolaire https://www.lelivrescolaire.fr/page/3152817

Conclusion

L’atmosphère terrestre a donc évolué depuis sa formation, passant d’une atmosphère riche en CO₂, H₂O et N₂, à une atmosphère riche en O₂ et N₂. Cette évolution a été permise notamment par le volcanisme et la photosynthèse. Actuellement, l’évolution du dioxygène et du dioxyde de carbone dépend notamment du métabolisme des êtres vivants (respiration et photosynthèse) et forme ainsi des cycles.