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La période Planétaire : l Archéen (4,3 - 2,8 Byr) I. Que sait-on de la température à la surface ? II. Que sait-on de l eau sur la Terre ? III. Que sait-on

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La période Planétaire : l ’Archéen (4,3 - 2,8 Byr)

I. Que sait-on de la température à la surface ?

II. Que sait-on de l ’eau sur la Terre ?

III. Que sait-on des premières formes de Vie ?

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Les informations du dessin : les vagues les marées et la Lune, la couleur de l ’atmosphère, les météorites, l ’absence de continents, le volcanisme aérien (les pillows-lavas).

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3,8 3,53,63,7

Log Teff

-0,5

0,0

0,5

1,0

Log

L/L

0

2 105 ans

8 105 ans

9 105 ans

109 ans

Aujourd’hui

La séquence calculée du soleil dans le digramme HR

A partir de cette séquence, il est possible de calculer la température de surface sur la Terre

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225

250

275

100

4,0 3,0 2,0 1,0 0

Température (K) Luminosité Solaire (% rel. aujourd’hui)

90

80

70

300

Age (x 109 ans)

Surface

Effective

Glace

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Age (Milliard’années)

3,5 2,5 1,5 0,54,5

P C

O2

(atm

.)

10-3

10-4

10-1

100

10-2

Pas de sˇdiments

Glaciation Huronienne

Glaciation Prˇcambrienne

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I. Altération des roches cristallines : extraction du CO2 de l’atmosphère CaSiO3 + 2 CO2 + H2O

Ca++ + 2HCO3- +SiO2

II. Restitution du CO2 à l’atmosphère en milieu marin

Ca++ + 2HCO3-

CaCO3 + 1 CO2 + H2O + C org

Le Carbone retourne au manteau via CaCO3

Volcans Atmopsh. Sédiments Manteau

CO2 CO2 CaCO3 CaCO3

Le thermostat atmosphérique

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Depuis quand y-a-t-il de l ’eau sur la Terre ?

Quelques mots de « zirconologie »

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L ’échange isotopique avec l ’eau « magmatique » a tendanceà enrichir les roches en 18O

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CHERTS

- 2 origines

- En nodules ou en lits - Au précambrien : Bactéries ou sursaturation

des océans ? - A 3,5 milliards : 10 km épaisseur !

PROFONDEUR (mètre)

Diatomées et RadiolairesPrécipitation Si > 4 ppm

OPALE

CHETS

MER

DISSOLUTION

CHETS

TEMPERATURE (°C)

5

35 50

0

ph Solubilité CaCO3 Solubilité Si: Cste

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Les cherts « stromatolithiques » de l ’Archéen

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Le silex (chert) « Phanérozoiques »

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20 22 24

18O (‰)

17

O (

‰) Silex (3,5 Gyr.)

Aucun apport cométaire ou météoritique à l’eau des océans après 3,8 - 3,5 Gyr

avec A. Michel & M. Javoy (1989)

Premiers pas vers l ’origine des océans terrestres

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Age (x 109 ans)1 2 3Présent

18O (‰) Température (°C)

100

70

0

10

20

30

50

40

36

32

28

24

20

18

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Ecc

art d

es c

ompo

siti

ons

isot

opiq

ues

en o

xygè

ne

exp

rim

és e

n ‰

T (°C)500

100 25 0

2 4 6 8 10 12 14

-137

11

151923

27

31

-5

SiO2-H2O

FeSiO3-H2O

Fe2O3-H2O

106 T-2 (K-2)

35(‰)

Cherts Modernes

Océans Modernes

34‰

200300

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I. Le fractionnement d’équilibre

R / R = f(Température) f(Température) est calibrée au laboratoire

L’origine des variations isotopiques en oxygène dans les roches

sédimentaires

R = 18O/16O

H2O SiO2

II. Le métamorphisme secondaire Au contact avec de l’eau chaude (>250°C), la silice subie un échange isotopique

(1) [W] RH2O,0 + [r] RSiO2,0 =

[W] RH2O,t + [r] RSiO2,t

(2) 18RH2O,t / 18RSiO2,t = Const

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Exemple de variations isotopiques d’une roche au contact avec de l’eau chaude

+30

+20

+10

0

0,01 0,1 1 10 100[r]/[W] (rock-water ratio)

200 °C100 °C

Roche initiale

Eau

18O (‰) de la roche

Domaine des cherts précambrien

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-8 0 8 16 24

N ‰15AIR

Early Proterozoic 1.6 to 2.1 Ga.

Late Archean 2.5 to 2.7 Ga.

Early Archean 3.4 to 3.5 Ga.

Modern <0.5 Ga. Peters et al., 1978

Late Proterozoic 0.7 to 0.9 Ga.

Mod

ern

atm

osph

eric

val

ueUne dérive séculaire de la composition isotopique de l ’azote organique (kérogène) ?

Océan Archéen anoxique (sans nitrates ; NO3

- ) ?

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N FIXERS 2

PHYTOPLANKTON

KEROGEN

Nitrogen biological cycle for Archean

marine environment

1 Biological fixation

2 Mineralisation

3 Assimilation

4 Denitrification

5 Diagenesis

1

4 3

2 5

2

NO3-

NH4+

N2

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Carbonates

Kérogènes

Age (Milliard’années) 3,5 2,5 1,5 0,5

13C (‰)+5

0

-10

-20

-30

-40

-50

-27 ‰

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0,51,01,52,02,53,03,5

0

-20

-40

-60

13C (‰)

Carbonates Kerogens in Carbonates Kerogens in Cherts

Age (x Milliard d’années)

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Equation de Bilan de masse

(1) Rmanteau = RCarb. fCarb. + RMO fMO

(2) fCarbonates + fMO = 1

L’origine des variations isotopiques en carbone dans les roches sédimentaires

R = 13C/12C

-27‰ 0‰-7‰

Matière organique Carbonates26% 74%

Manteau3C(‰)

13C (‰) = [ (REch / RStd) -1 ] x 1000

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