Expliquer le processus qui est à l'origine de l'enrichissement de l'atmosphère en dioxygène.
Quels étaient les gaz majoritaires de l'atmosphère initiale ?
Quels sont les gaz majoritaires de l'atmosphère actuelle ?
À quelle période trouve-t-on les premières traces de dioxygène ?
Qu'est-ce que les BIF ?
Qu'est-ce que les stromatolithes ?
L'atmosphère de la Terre s'est formée au début de son histoire, entre -4,55 et -4,3 milliards d'années durant l'Hadéen. Elle s'est formée à partir des gaz libérés par le manteau et des apports des météorites qui tombaient en quantité à la surface de la Terre. L'atmosphère initiale de la Terre était donc faite essentiellement de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone. Nous allons voir ici comment sa composition a évolué, et surtout comment elle s'est enrichie en dioxygène.
La composition actuelle de l'atmosphère de la Terre est de 78% de diazote, de 21% de dioxygène et de moins de 1% de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau. Pour comprendre comment l'atmosphère s'est enrichie en dioxygène, il faut étudier différents indices présents à la surface de la Terre. Le premier indice est la découverte de fer rubané dans des roches datées de plus de 3 milliards d'années. C'est dans des roches sédimentaires appelées BIF (pour Banded Iron Formation) que l'on retrouve des niveaux riches en hématite. Ces minéraux d'hématite se forment dans des conditions bien particulières quand l'ion \ce{Fe^2+} est oxydé en \ce{Fe^3+}, cela ne peut se produire qu'en présence de dioxygène. Ces BIF sont des indices permettant de dire qu'il y a 3 milliards d'années, du dioxygène était présent au moins dans l'hydrosphère. Le deuxième indice de la production de dioxygène à cette époque est la découverte de stromatolithes fossiles en Australie qui ont été datées de - 3,45 milliards d'années. Les stromatolithes sont des roches faites d'une superposition de très fines couches qui se forment en eau peu profonde. On en retrouve aujourd'hui en Australie et on peut dire que ce sont des bioconstructions faites à partir de colonies de cyanobactéries. Ces cyanobactéries font la photosynthèse, en puisant du \ce{CO2} dans leur milieu et en rejetant de l' \ce{O2}.
La présence de fer rubané et de stromalithes datés de l'Archéen laisse à penser que c'est à cette époque que l'atmosphère a commencé à s'enrichir en dioxygène. En effet, à cette période, la Terre change, son refroidissement entraîne une diminution importante du dégazage du manteau qui entraîne des rejets bien moindres en \ce{CO2}. En parallèle, la présence d'eau liquide entraîne une dissolution et une sédimentation du \ce{CO2} sous forme de carbonates \ce{CaCO3}. Ces deux événement entraînent une diminution du \ce{CO2}. Pendant ce temps, l'activité photosynthétique de la biomasse commence, les cyanobactéries présentes au niveau des stromatolithes absorbent le \ce{CO2} et rejettent du dioxygène, permettant ainsi une oxydation des enveloppes fluides de la Terre : hydrosphère et atmosphère. Cependant, ce n'est qu'après l'Archéen, c'est-à-dire il y a 2 milliards d'années, que commence la grande oxydation de l'atmosphère. En effet, au début de l'activité synthétique et pendant plus de 1,5 milliard d'années, la majorité du dioxygène produit est piégé dans les roches par oxydation. C'est à - 1 milliard d'années que les végétaux se développent énormément, et on a pour preuve des traces fossiles d'une faune luxuriante. Le dioxygène alors produit est bien plus important que celui nécessaire à l'oxydation des roches, l'atmosphère s'oxyde alors à son tour de façon très importante pour atteindre les 21% de dioxygène de l'atmosphère actuelle.
- Les BIF ou formations de fer rubané sont les premières traces d'oxydation de la Terre, elles prouvent qu'il y avait du dioxygène produit entre - 3,5 et - 2 milliards d'années.
- Les stromatolithes datés de 3,45 milliards d'années sont la preuve de la présence de cyanobactéries photosynthétiques à cette époque. La photosynthèse produit du dioxygène.
- C'est depuis environ 2 milliards d'années que l'atmosphère s'oxyde réellement jusqu'à atteindre les 21% de dioxygène un peu après -1 milliard d'années.