Evolution du dioxygène dans l atmosphère

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1 Evolution du dioxygène dans l atmosphère L atmosphère initiale de la Terre (= atmosphère primitive) était réductrice (sans dioxygène). Aujourd hui l atmosphère est oxydante (présence de dioxygène) puisqu elle contient environ 21% de dioxygène. Les scientifiques ont pu déterminer le moment où l atmosphère est devenue oxydante. Vous êtes climatologue à l université de Rouen. Vous avez été contacté par un professeur de lycée pour expliquer à ses élèves sur quels indices les scientifiques se sont appuyés pour établir le moment où l atmosphère terrestre est devenue oxydante. Vous décidez de rédiger un support pour votre présentation dans lequel vous présenterez les indices utilisés par les géologues et les informations qu ils apportent sur le passage d une atmosphère réductrice à une atmosphère oxydante. Vous préciserez le moment où l atmosphère est devenue oxydante. Documents à votre disposition : Document P : Les BIF Document H : Les paléosols fournissent des informations sur l atmosphère Document C : les états d oxydation du fer Document S : les anciens gisements d uranium Document K : les stromatolites Document U : Informations sur les cyanobactéries

2 Document P : Les BIF La majorité du minerai de fer exploité dans le monde (Australie, Canada, Afrique ) se présente sous forme de fer rubané appelé BIF (Banded Iron Formation), formé par une alternance de couches d oxydes de fer (hématite) en rouge et de couches sombres siliceuses. Ces formations sont des roches sédimentaires qui se sont déposées en milieu marin par précipitation de substances dissoutes : Pour que de telles quantités d oxydes de fer et de silice puissent précipiter il a donc fallu un apport important de fer et de silice par des eaux douces en provenance des continents (eaux des fleuves et des rivières qui ont ruisselé sur les roches continentales provoquant l altération lente de cellesci ; libérant ainsi de nombreux ions minéraux solubles). Ces BIF se rencontrent dans des formations datées de 3,5 Ga à 2,2 Ga mais pas dans des formations plus récentes. Document H : Les paléosols fournissent des informations sur l atmosphère

3 Document C : les états d oxydation du fer Le fer existe à l état naturel sous deux formes : le fer ferreux noté Fe 2+ et le fer ferrique (forme la plus oxydée) noté Fe 3+. On cherche à mettre en évidence la précipitation des ions ferriques. Protocole : Expérience 1 : - Mettre une pointe de sulfate de fer (FeSO4) dans un tube à essai. -Rajouter à ras bord de l eau dépourvue de dioxygène (=eau distillée). Mettre immédiatement un bouchon afin que le contenu du tube reste dans un milieu réducteur. - Agiter la solution plusieurs fois pour dissoudre les grains. - Observer la couleur bleutée caractéristique des ions ferreux, solubles. Expérience 2 : - Mettre une pointe de sulfate de fer (FeSO4) dans un autre tube à essai. -Rajouter de l eau contenant du dioxygène (=eau du robinet). Ne pas remplir le tube à ras bord de façon à pouvoir mélanger la solution avec un peu d air (contenant du dioxygène). - Mettre un bouchon - Agiter la solution plusieurs fois pour dissoudre les grains. - Observer la couleur après quelques minutes (placer une feuille blanche derrière votre tube pour mieux voir). S interroger : Dans l expérience 2, quelle est la couleur obtenue? A quoi vous fait penser cette couleur en ce qui concerne le fer? Ces ions sont-ils toujours solubles? Faites le rapprochement avec la formation des BIF. Document S : les anciens gisements d uranium Les gisements d'uranium sédimentaire d'afrique du Sud sont exceptionnels. Très anciens (- 3.4 Ga), ils sont sans équivalents depuis - 2,2 Ga. Ils contiennent des minerais d'uranium (uraninite) dont la forme en boule (photographie) indique un transport par les eaux fluviales et une sédimentation à l'état de particules (roches sédimentaires détritiques). Or. il faut savoir que l'uraninite est soluble dans les eaux oxygénées. Sa présence dans des roches sédimentaires détritiques plus vieilles que - 2,2 Ga, son absence dans les roches plus jeunes que Ga nous apportent des informations sur l'évolution de la composition de l'atmosphère.

4 Document K : les stromatolites Les stromatolites sont des formations calcaires d aspect mamelonné et présentant en coupe une alternance de bandes claires et sombres. L âge des plus anciennes stromatolites est de 3,5 Ga en Australie (photo A). Afin de comprendre comment ces structures en pierre ont pu être construites, les géologues ont réaliser des lames minces dans des stromatolites âgées de 3,5 Ga. Ils observèrent ainsi des microorganismes fossiles (photo B). Photo A Photo B Document U : Informations sur les cyanobactéries Les cyanobactéries sont un type de bactéries vivant en colonies (chaque sphère sur la photo représente une bactérie. Ce sont des bactéries photosynthétiques, c est-à-dire qu elles puisent dans l atmosphère du CO2 pour fabriquer leurs propres molécules organiques. Cette réaction est appelée photosynthèse ; elle libère un déchet : le dioxygène. Le prélèvement du dioxyde de carbone dissout dans l eau entraîne la précipitation de calcaire (CaCO 3 ) autour d elles. Réaction d équilibre chimique précipitation/ dissolution du calcaire :

5 A noter : peut etre mettre un dernier doc avec relation eaux fleuve qui érodent qui se déversent dans océans (eaux continentales et eaux océaniques.) dans ce cas virer du doc P les explication sur altération des continents.