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EVOLUTION DE L’ATMOSPHERE TERRESTRE
La composition actuelle de l’atmosphère terrestre est différente de celle des autres
planètes telluriques. Elle résulte d’une évolution des enveloppes fluides propre à la
Terre.
On cherche à déterminer quelle a été cette évolution et quels processus sont à
l’origine de cette évolution ; on inscrira l’ensemble dans un cadre temporel.
Vous disposez d’un ensemble documentaire auquel sont associées des questions qui ont
pour but de vous aider à apporter une réponse au problème posé.
Vous remettrez un document général (synthèse) répondant à la problématique
initiale.
Document 1 : Composition primitive et actuelle de l’atmosphère terrestre.
Gaz
Vapeur d'eau
Dioxyde de carbone
Diazote
Dioxygène

Atmosphère primitive
80%
15%
5%
0%

Atmosphère actuelle
Traces
0,03%
78%
21%

Document 2 : Les fers rubanés.
La grande majorité des minerais de fer du monde est constituée de ce qu'on appelle des
fers rubanés (Banded Iron Formation ou BIF, en anglais). Ces BIF existent avec
plusieurs faciès, mais le faciès « classique » est constitué d'alternances de lits de silice
(plus ou moins ferrugineuse) et d'hématite (Fe2O3, oxyde ferrique où le fer est sous sa
forme la plus oxydée Fe3+). Ce sont toujours des formations sédimentaires marines.
Ces fers rubanés sont tous d'âge archéen ou protérozoïque inférieur. Dans certains BIF
archéens très anciens, le fer n'est pas intégralement sous forme de Fe2O3 (Fe3+ pur)
mais parfois aussi sous forme de Fe3O4, mélange de Fe2O3 (Fe3+) et de FeO (Fe2+).

Échantillon de fer rubané (Banded Iron Formation = BIF) de la formation « Fig Tree »
en Afrique du sud.
Les lits gris, plus ou moins brillants, à éclat plus ou moins métallique, sont constitués
d'hématite (Fe203) quasiment pure. Altérées ou hydratées, ces couches d'oxydes
ferriques peuvent se colorer en brun-rouge foncé. Les lits roses ou « rouge brique »
sont constitués de silice, plus ou moins colorée en rose ou rouge par des traces
d'hématite. Certains bancs de silice ne sont pas continus. La pièce de 20 centimes
d'euros donne l'échelle. Les bancs de cet échantillon, leurs couleurs et leurs épaisseurs
sont tout à fait représentatifs des fers rubanés classiques.
Évolution de l'importance relative des BIF (fers rubanés) au cours des temps
géologiques

Document 3 : Les « red beds »

Un sol qui s’est formé à l’air libre peut être fossilisé dans une formation sédimentaire :
on parle alors de paléosol.
Entre -3,4 et -2,2 Ga, les paléosols montrent un appauvrissement en fer qui est la
conséquence d’un lessivage par les eaux. En revanche après -2 Ga les paléosols sont au
contraire riches en hydroxydes ferriques qui ont précipité sur place. Ces sols ont alors
une couleur rouge (d’où le terme « red beds »). Les formations sédimentaires
continentales sont désormais rouges comme en témoignent les strates de grès qui
bordent la Blyde River en Afrique du Sud (photographie). Ces dépôts sont datés de -2,2
Ga.
Document 4 : La formation de l’hématite.

La rouille est un mélange complexe
d’oxydes de fer et d’hydroxydes de fer
tels que l’hématite (Fe2O3)

Document 5 : Stromatolites fossiles.

Les stromatolites (« tapis de pierre » en grec) sont des roches finement laminées,
retrouvés dans des couches géologiques de moins de 3,5 Ga.
Document 6 : Stromatolites actuels.

Actuellement des stromatolites se forment dans des eaux peu profondes en quelques
endroits du globe (ici à Hamelin Pool, Shark Bay, Western Australia) : ce sont des
bioconstructions où dominent des cyanobactéries pratiquant la photosynthèse. Au
précambrien les stromatolites étaient plus répandus qu’actuellement.
Document 7 : Cyanobactéries.

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  • 1. EVOLUTION DE L’ATMOSPHERE TERRESTRE La composition actuelle de l’atmosphère terrestre est différente de celle des autres planètes telluriques. Elle résulte d’une évolution des enveloppes fluides propre à la Terre. On cherche à déterminer quelle a été cette évolution et quels processus sont à l’origine de cette évolution ; on inscrira l’ensemble dans un cadre temporel. Vous disposez d’un ensemble documentaire auquel sont associées des questions qui ont pour but de vous aider à apporter une réponse au problème posé. Vous remettrez un document général (synthèse) répondant à la problématique initiale. Document 1 : Composition primitive et actuelle de l’atmosphère terrestre. Gaz Vapeur d'eau Dioxyde de carbone Diazote Dioxygène Atmosphère primitive 80% 15% 5% 0% Atmosphère actuelle Traces 0,03% 78% 21% Document 2 : Les fers rubanés. La grande majorité des minerais de fer du monde est constituée de ce qu'on appelle des fers rubanés (Banded Iron Formation ou BIF, en anglais). Ces BIF existent avec plusieurs faciès, mais le faciès « classique » est constitué d'alternances de lits de silice (plus ou moins ferrugineuse) et d'hématite (Fe2O3, oxyde ferrique où le fer est sous sa forme la plus oxydée Fe3+). Ce sont toujours des formations sédimentaires marines. Ces fers rubanés sont tous d'âge archéen ou protérozoïque inférieur. Dans certains BIF archéens très anciens, le fer n'est pas intégralement sous forme de Fe2O3 (Fe3+ pur) mais parfois aussi sous forme de Fe3O4, mélange de Fe2O3 (Fe3+) et de FeO (Fe2+). Échantillon de fer rubané (Banded Iron Formation = BIF) de la formation « Fig Tree » en Afrique du sud. Les lits gris, plus ou moins brillants, à éclat plus ou moins métallique, sont constitués d'hématite (Fe203) quasiment pure. Altérées ou hydratées, ces couches d'oxydes ferriques peuvent se colorer en brun-rouge foncé. Les lits roses ou « rouge brique » sont constitués de silice, plus ou moins colorée en rose ou rouge par des traces
  • 2. d'hématite. Certains bancs de silice ne sont pas continus. La pièce de 20 centimes d'euros donne l'échelle. Les bancs de cet échantillon, leurs couleurs et leurs épaisseurs sont tout à fait représentatifs des fers rubanés classiques. Évolution de l'importance relative des BIF (fers rubanés) au cours des temps géologiques Document 3 : Les « red beds » Un sol qui s’est formé à l’air libre peut être fossilisé dans une formation sédimentaire : on parle alors de paléosol. Entre -3,4 et -2,2 Ga, les paléosols montrent un appauvrissement en fer qui est la conséquence d’un lessivage par les eaux. En revanche après -2 Ga les paléosols sont au contraire riches en hydroxydes ferriques qui ont précipité sur place. Ces sols ont alors une couleur rouge (d’où le terme « red beds »). Les formations sédimentaires continentales sont désormais rouges comme en témoignent les strates de grès qui bordent la Blyde River en Afrique du Sud (photographie). Ces dépôts sont datés de -2,2 Ga.
  • 3. Document 4 : La formation de l’hématite. La rouille est un mélange complexe d’oxydes de fer et d’hydroxydes de fer tels que l’hématite (Fe2O3) Document 5 : Stromatolites fossiles. Les stromatolites (« tapis de pierre » en grec) sont des roches finement laminées, retrouvés dans des couches géologiques de moins de 3,5 Ga.
  • 4. Document 6 : Stromatolites actuels. Actuellement des stromatolites se forment dans des eaux peu profondes en quelques endroits du globe (ici à Hamelin Pool, Shark Bay, Western Australia) : ce sont des bioconstructions où dominent des cyanobactéries pratiquant la photosynthèse. Au précambrien les stromatolites étaient plus répandus qu’actuellement. Document 7 : Cyanobactéries.