Si vous mettiez le film en avance rapide, vous verriez beaucoup d’action et beaucoup de changements ! Vous verriez que notre planète a subi des changements remarquables au cours de milliards d’années (figure 12.3). D’énormes montagnes se sont formées, ont été détruites et remplacées par de nouvelles montagnes. Les océans se sont ouverts et déplacés autour du globe. Les continents se sont déplacés, se sont séparés les uns des autres et sont entrés en collision les uns avec les autres, pour finalement atteindre leur emplacement actuel. La vie sur Terre a également énormément changé. Au début, la Terre n’était même pas capable d’accueillir la vie. Il n’y avait pas d’oxygène dans l’atmosphère et la surface de la Terre était extrêmement chaude. Lentement, au cours de millions d’années, la Terre a changé pour que les plantes et les animaux puissent commencer à pousser. Les êtres vivants ont ensuite modifié la Terre encore plus.
Figure 12.3 : La Terre vue de l’espace. La Terre a l’air très différente aujourd’hui de ce qu’elle était lorsqu’elle s’est formée il y a plus de 4 milliards d’années.
Nous aimons souvent utiliser notre imagination pour penser à ce qu’était la Terre lorsque les dinosaures la parcouraient (figure 12.4). Quelles images vous viennent à l’esprit lorsque vous pensez aux dinosaures ? Maintenant, imaginez une époque sur Terre avant même les dinosaures. Imaginez l’époque où aucun être vivant n’existait sur Terre. Quelles sont les images qui te viennent à l’esprit ? À votre avis, à quoi ressemblait la Terre lorsqu’elle s’est formée ? Cette leçon vous aidera à comprendre comment la Terre s’est formée, à quoi elle ressemblait pendant ses premières années et comment la vie s’est d’abord développée sur Terre.
Figure 12.4 : La Terre et ses formes de vie dominantes ont changé au cours de la longue histoire de la Terre.
Évaluation des connaissances antérieures
Les questions suivantes sont abordées dans d’autres chapitres et vous aideront à travailler sur cette leçon. Faites des recherches sur celles-ci avant de passer à autre chose.
- Qu’est-ce que les éléments chimiques ?
- Quelles sont les conditions dont les plantes et les animaux ont besoin pour vivre ?
- Qu’est-ce que l’atmosphère et de quoi est-elle faite ?
- Comment la météorisation et l’érosion affectent-elles la Terre ?
Formation de la Terre et de notre système solaire
Nous pouvons construire l’histoire de la formation de notre système solaire en regardant les régions où d’autres étoiles se forment actuellement. La formation des étoiles commence lorsqu’un nuage géant de gaz et de poussière s’effondre sous l’effet de sa propre gravité. Au fur et à mesure que le nuage se contracte, il commence à tourner plus vite et s’installe dans une structure en forme de disque. Nous voyons ces objets en forme de disque (appelés proplydes) dans la nébuleuse d’Orion (figure 12.13), où les nouvelles étoiles se forment aujourd’hui. La plupart du matériau poussiéreux du disque s’écoule vers le centre où la densité augmente progressivement jusqu’à ce que l’énorme pression centrale déclenche des réactions de fusion nucléaire et que l’étoile naisse.
Cependant, une fraction relativement faible du matériau du disque est laissée derrière sous forme de grains de poussière recouverts de glace. Les manteaux glacés des grains commencent à se coller les uns aux autres et finissent par devenir des blocs rocheux de plusieurs mètres appelés planétésimaux. Les planétésimaux entrent en collision et s’accrètent pour former des corps plus grands, de plusieurs dizaines de kilomètres de diamètre, appelés protoplanètes. Une fois que les protoplanètes ont franchi une brèche dans le disque, elles deviennent des planètes authentiques et leurs orbites commencent à se stabiliser (figure 12.6).
Figure 12.6 : Représentation d’artiste d’un bébé étoile encore entouré d’un disque protoplanétaire dans lequel se forment des planètes.
Le processus de formation des planètes est désordonné. Tous les planétésimaux ne sont pas accrétés en planètes. Des millions de planétésimaux restent comme des débris résiduels et sont maintenant les astéroïdes et les comètes recouvertes de glace dans notre système solaire. Au cours des cent millions d’années qui ont suivi la formation du Soleil, les collisions entre les débris de planétésimaux et les planètes étaient fréquentes. Nous voyons des preuves d’un bombardement important par les planétésimaux sur les surfaces de la lune et de Mercure (figure 12.7 et figure 12.8).
Figure 12.7 : La surface de la lune est marquée par des collisions avec des débris qui avaient des mètres à des kilomètres de diamètre. La plupart des planétésimaux ont été accrétés en planètes ou en lunes, mais certains de ces objets subsistent sous forme de météores, d’astéroïdes et de comètes dans notre système solaire aujourd’hui.
Figure 12.8 : La surface de Mercure présente une cratérisation collisionnelle similaire. La plupart des planétésimaux ont été accrétés en planètes ou en lunes, mais certains de ces objets subsistent sous forme de météores, d’astéroïdes et de comètes dans notre système solaire aujourd’hui.
Les mêmes types de collisions auraient eu lieu à la surface de la Terre, cependant les processus érosifs ont effacé toutes les collisions, sauf les plus récentes. La figure 12.9 montre un cratère météorique en Arizona.
Figure 12.9 : Le cratère météorique en Arizona a été formé il y a environ 40 000 ans par l’impact d’une météorite d’environ 50 mètres de diamètre. De telles collisions sont rares aujourd’hui.
Environ 100 millions d’années après la formation du Soleil, la gravité des planètes et des lunes de notre système solaire avait balayé la plupart des planétésimaux. Cependant, des millions de ces objets restent encore sur des orbites gravitationnellement stables dans la ceinture principale d’astéroïdes du système solaire, dans la ceinture d’astéroïdes de Troie, ou au-delà de Neptune et Pluton dans la ceinture de Kuiper. Le croquis ci-dessous illustre l’emplacement du plus grand réservoir d’astéroïdes dans notre système solaire aujourd’hui (figure 12.10).
Figure 12.10 : Ce croquis montre le plus grand réservoir d’astéroïdes dans notre système solaire aujourd’hui.
La Terre est le seul objet de notre système solaire connu pour abriter la vie (figure 12.11). Aujourd’hui, il y a plus d’un million d’espèces connues de plantes et d’animaux sur Terre.
Figure 12.11 : La Terre s’est formée en même temps que les autres planètes de notre système solaire, il y a environ 4 1⁄2 milliards d’années.
Les matériaux qui se sont assemblés pour former la Terre étaient constitués de plusieurs éléments chimiques différents. Chaque élément a une densité différente, définie comme la masse par volume. La densité décrit le poids d’un objet par rapport à l’espace qu’il occupe. Après la formation initiale de la Terre, les éléments les plus denses ont coulé vers le centre. Les éléments plus légers sont remontés à la surface. Vous avez probablement vu quelque chose de semblable se produire si vous avez déjà mélangé de l’huile et de l’eau dans une bouteille. L’eau est plus dense que l’huile. Si tu mets les deux dans une bouteille, que tu la secoues et que tu la laisses reposer un moment, l’eau se dépose au fond et l’huile remonte par-dessus l’eau.
Aujourd’hui, la Terre est constituée de couches qui représentent différentes densités (figure 12.12). Le centre de la Terre s’appelle son noyau. Le noyau est constitué d’éléments métalliques très denses appelés fer et nickel. La couche la plus externe de la Terre est sa croûte. La croûte est principalement constituée d’éléments légers tels que le silicium, l’oxygène et l’aluminium. De plus amples informations sur les différentes couches de la Terre sont présentées dans la leçon sur la tectonique des plaques.
Figure 12.12 : La Terre est constituée de plusieurs couches dont la densité varie. Le centre de la Terre est le noyau, qui est le plus dense. La couche la plus externe est la croûte, qui est la moins dense. Les couches intermédiaires constituent le manteau.
Formation de l’atmosphère terrestre
La Terre primitive était très différente de notre Terre actuelle. La Terre primitive subissait des impacts fréquents d’astéroïdes et de météorites et avait des éruptions volcaniques beaucoup plus fréquentes. Il n’y avait pas de vie sur Terre pendant le premier milliard d’années parce que l’atmosphère n’était pas adaptée à la vie. La première atmosphère de la Terre contenait beaucoup de vapeur d’eau, mais presque pas d’oxygène. Plus tard, de fréquentes éruptions volcaniques ont libéré plusieurs gaz différents dans l’air (figure 12.13). Ces gaz ont créé un nouveau type d’atmosphère pour la Terre. Les éruptions volcaniques ont craché dans l’atmosphère des gaz tels que l’azote, le dioxyde de carbone, l’hydrogène et la vapeur d’eau, mais pas d’oxygène libre. Sans oxygène, il y avait encore très peu de choses qui pouvaient vivre sur Terre.
Figure 12.13 : Les éruptions volcaniques se produisaient presque constamment sur la Terre primitive. Les éruptions ont mis de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone et d’autres gaz dans l’air qui ont contribué à créer l’atmosphère primitive de la Terre.
Lentement, deux processus ont changé l’atmosphère de la Terre en une atmosphère plus riche en oxygène comme celle que nous avons aujourd’hui. Tout d’abord, le rayonnement du Soleil a provoqué la séparation des molécules de vapeur d’eau. Rappelez-vous qu’une molécule d’eau est composée des éléments hydrogène et oxygène, ou H2O. Les radiations du Soleil ont divisé certaines des molécules d’eau en hydrogène et en oxygène. L’hydrogène s’est échappé vers l’espace. L’oxygène s’est accumulé dans l’atmosphère. Le deuxième processus qui a modifié l’atmosphère de la Terre à ses débuts est la photosynthèse (figure 12.14). Il y a environ 2,4 milliards d’années, un type d’organisme appelé cyanobactérie a évolué sur la Terre primitive et a commencé à effectuer la photosynthèse. La photosynthèse utilise le dioxyde de carbone et l’énergie du Soleil pour produire du sucre et de l’oxygène. Les cyanobactéries étaient des organismes très simples, mais elles ont joué un rôle important dans la modification de l’atmosphère primitive de la Terre. Elles effectuaient la photosynthèse pour produire les matériaux dont elles avaient besoin pour se développer. Ce faisant, elles rejetaient de l’oxygène dans l’atmosphère.
Figure 12.14 : Les bactéries capables de réaliser la photosynthèse sont apparues sur Terre il y a environ 2,4 milliards d’années. La photosynthèse prend la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau et produit du sucre et de l’oxygène. La photosynthèse a apporté de l’oxygène à l’atmosphère primitive de la Terre et a contribué à la faire passer d’une atmosphère riche en dioxyde de carbone à une atmosphère riche en oxygène.
L’oxygène dans l’atmosphère est important pour la vie pour deux raisons principales. Premièrement, l’oxygène constitue la couche d’ozone. La couche d’ozone se trouve dans la partie supérieure de l’atmosphère et est constituée de molécules O3 – un type particulier de molécule d’oxygène. Elle bloque les rayonnements nocifs du soleil et les empêche d’atteindre la surface de la Terre. Sans couche d’ozone, les rayonnements intenses du soleil atteignaient la surface de la Terre, rendant la vie presque impossible. Deuxièmement, l’oxygène présent dans l’atmosphère est nécessaire aux animaux, y compris aux humains, pour respirer. Aucun animal n’aurait été capable de respirer dans l’atmosphère primitive de la Terre. Cependant, il y avait probablement plusieurs types de bactéries qui vivaient sur Terre à cette époque. Elles auraient été anaérobies, c’est-à-dire qu’elles n’avaient pas besoin d’oxygène pour vivre.
Des cellules très simples ont vécu sur Terre pendant les premiers milliards d’années de l’histoire de la Terre. Certains des plus anciens fossiles d’organismes plus complexes datent d’environ 2 milliards d’années. On les trouve en Australie.
En dehors des changements dans la vie et l’atmosphère, d’autres changements se sont également produits depuis la formation de la Terre. Les premières éruptions volcaniques sur Terre ont libéré de grandes quantités de vapeur d’eau dans l’atmosphère. La vapeur d’eau s’est lentement condensée et est revenue à la surface de la Terre sous forme de pluie. C’est ainsi que se sont formés les océans. L’eau a commencé à circuler sur la Terre, et des événements tels que les pluies et les tempêtes ont ensuite commencé à modifier la surface de la Terre par le biais de la météorisation et de l’érosion. Le chapitre sur l’eau douce de la Terre donne plus de détails sur le cycle de l’eau sur Terre.
Les continents se trouvaient à des endroits très différents de ce qu’ils sont maintenant. Les scientifiques ne savent pas à quoi ressemblaient exactement les terres de la Terre après la première formation de la planète. Ils savent cependant que l’Amérique du Nord et le Groenland formaient une masse continentale géante appelée Laurentia il y a environ 1,8 milliard d’années. Il y a environ 1 milliard d’années, l’Antarctique était peut-être proche de l’équateur, même s’il se trouve aujourd’hui au pôle Sud de la Terre. Aujourd’hui, les continents de la Terre continuent de se déplacer lentement autour du globe.
Résumé de la leçon
- La Terre s’est formée il y a plus de 4 milliards d’années avec les autres planètes de notre système solaire.
- La Terre primitive n’avait pas de couche d’ozone et était probablement très chaude. La Terre primitive n’avait pas non plus d’oxygène libre.
- Sans atmosphère d’oxygène, très peu de choses pouvaient vivre sur la Terre primitive. Les bactéries anaérobies étaient probablement les premiers êtres vivants sur Terre.
- La Terre primitive n’avait pas d’océans et était fréquemment frappée par des météorites et des astéroïdes. Les éruptions volcaniques étaient également fréquentes. Les éruptions volcaniques ont libéré de la vapeur d’eau qui s’est finalement refroidie pour former les océans.
- L’atmosphère est lentement devenue plus riche en oxygène lorsque le rayonnement solaire a divisé les molécules d’eau et que les cyanobactéries ont commencé le processus de photosynthèse. Finalement, l’atmosphère est devenue telle qu’elle est aujourd’hui et riche en oxygène.
- Les premiers organismes complexes sur Terre se sont développés il y a environ 2 milliards d’années.
Questions de révision
- Décrivez comment les différentes couches de la Terre varient en densité. Quand les matériaux qui composent la Terre se sont-ils séparés par densité ?
- Expliquez deux raisons pour lesquelles avoir une atmosphère riche en oxygène est important pour la vie sur Terre.
- Les scientifiques pensent que la couche d’ozone de la Terre se réduit à cause des activités humaines et de la pollution atmosphérique. Quel effet cela pourrait-il avoir sur les formes de vie sur Terre ?
- Décrivez le rôle des cyanobactéries dans le changement de l’atmosphère primitive de la Terre.
- Listez trois façons dont la Terre était différente aujourd’hui par rapport à sa première formation.
- Supposez que la Terre avait été beaucoup plus froide lors de sa première formation. Comment l’intérieur de la Terre serait-il différent de ce qu’il est aujourd’hui ?
Vocabulaire
atmosphère Mélange de gaz qui entoure la Terre et contient l’air que nous respirons. condensé Refroidi et transformé de la vapeur d’eau en eau liquide. densité La densité signifie la masse par unité de surface. molécules Les plus petites quantités possibles d’une substance chimique. rayonnement Énergie émise par le Soleil. espèce Groupe d’êtres vivants ayant des caractéristiques similaires. eau Eau sous forme de vapeur sous forme de gaz.
Points à considérer
- Comment la vie sur Terre est-elle passée de simples bactéries à des organismes plus complexes ?
- Quand les organismes complexes comme les poissons, les reptiles et les mammifères sont-ils apparus sur Terre ?
- Quand les principales caractéristiques de la Terre que nous connaissons aujourd’hui se sont formées ?