II — L'enrichissement de l'atmosphère en dioxygène

L’atmosphère terrestre et la vie — Enseignement Scientifique Terminale

📘 L’enrichissement de l’atmosphère en dioxygène

L’O₂ atmosphérique est apparu grâce aux cyanobactéries (photosynthèse) il y a 3,5 milliards d’années. Des indices géologiques (stromatolites, fer rubané, uraninite) témoignent de cette histoire. La couche d’ozone, formée sous l’action des UV sur l’O₂, protège l’ADN des mutations et a permis la colonisation des continents.

📐 La vie et l’apparition du dioxygène

Frise chronologique de l'apparition du dioxygène dans l'atmosphère terrestre : −4,6 Ga : formation de la Terre ; −3,5 Ga : apparition des cyanobactéries (stromatolites), début de la photosynthèse, O₂ commence à s'accumuler dans les océans ; −2,4 Ga : les ions Fe²⁺ s'épuisent (fin des dépôts de fer rubané), l'O₂ commence à s'accumuler dans l'atmosphère ; −2 Ga : premières couches rouges d'oxydes ferriques continentaux ; −0,5 Ga : teneur actuelle en O₂ atteinte, explosion de la vie. — *Chronologie de l’apparition du dioxygène dans l’atmosphère : de −3,5 Ga (cyanobactéries) à −0,5 Ga (teneur actuelle)*

Équation de la photosynthèse :
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Indices géologiques :

Indice	Signification	Âge
Stromatolites	Formations calcaires dues aux cyanobactéries → photosynthèse → production d’O₂ dans les océans	−3,5 Ga (plus anciens)
Fer rubané (oxydes de fer)	4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ : présence d’O₂ dans l’eau. Épuisement des Fe²⁺ → O₂ passe dans l’atmosphère	Fin à −2,4 Ga
Uraninite	Soluble dans l’eau oxygénée → sa présence dans des dépôts fluviaux indique l’absence d’O₂ dans l’atmosphère	−3,5 à −2,2 Ga
Couches rouges continentales	Oxydes ferriques en milieu continental → présence d’O₂ atmosphérique	À partir de −2 Ga

Photographie de cyanobactéries (algues bleues) vues au microscope : organismes photosynthétiques unicellulaires procaryotes, responsables de la production du dioxygène atmosphérique à partir de −3,5 milliards d'années — *Cyanobactéries (algues bleues) : premières organismes photosynthétiques productrices de O₂*

📐 Les flux de dioxygène

Schéma des flux de dioxygène entre l'atmosphère et la biosphère : sources d'O₂ (organismes photosynthétiques : végétaux terrestres et aquatiques) et puits d'O₂ (respiration des êtres vivants et combustions). Les sources et les puits maintiennent en équilibre la teneur en O₂ atmosphérique (21 %). — *Flux de dioxygène : photosynthèse (source) ↔ respiration + combustions (puits)*

• Source d’O₂ : photosynthèse (végétaux terrestres et aquatiques) → enrichit l’atmosphère.
• Puits d’O₂ : respiration (tous les êtres vivants) + combustions → appauvrit l’atmosphère.
• Les combustions humaines s’ajoutent aux puits naturels → perturbation de l’équilibre.

📐 L’ozone dans l’atmosphère terrestre

Schéma de formation de l'ozone (O₃) dans l'atmosphère : les UV dissocient une molécule O₂ en deux atomes O, chaque atome O s'associe à une molécule O₂ pour former O₃. La couche d'ozone est située entre 20 et 50 km d'altitude. — *Formation de l’ozone : UV + O₂ → 2 O → O + O₂ → O₃ (couche d’ozone : 20-50 km d’altitude)*

Spectre d'absorption de l'ozone dans le domaine ultraviolet : l'ozone absorbe fortement les UVC (très dangereux, responsables de nombreuses mutations de l'ADN) et une partie des UVB. Les UVA passent la couche d'ozone et atteignent la surface terrestre (contre lesquels les crèmes solaires nous protègent). — *Absorption des UV par l’ozone : UVC (absorbés) et UVB (en partie) → protection de l’ADN contre les mutations*

• Couche d’ozone : 20 à 50 km d’altitude.
• Formation : UV → dissociation O₂ → 2 O → O + O₂ → O₃.
• Rôle : absorbe les UVC (mutations ADN) et une partie des UVB → a permis l’émergence de la vie terrestre.
• UVA et UVB non absorbés → protégés par les crèmes solaires.

💡 À retenir

• Cyanobactéries (−3,5 Ga) : photosynthèse → O₂ dans les océans.
• À partir de −2,4 Ga : O₂ dans l’atmosphère (épuisement des ions Fe²⁺).
• Indices : stromatolites, fer rubané, uraninite, couches rouges.
• Couche d’ozone (20-50 km) : absorbe UVC + UVB → protection ADN → colonisation terrestre.
• Flux O₂ : photosynthèse (source) ↔ respiration + combustions (puits).

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