Cours 5 : Histoire de la Terre

AUGURY Reconstructing mantle convection

La TerrePartie 2 : Histoire de la Terre

La semaine prochaine :Classe inverse sur la tectonique des plaques

Claire L. Evans

Berkeley edu

1. Diffrentiation des enveloppes

5COMMENT IMAGNIEZ-VOUS LHISTOIRE DE LA TERRE ?

Quelle enveloppe est forme le plus tt ?Le manteauLe noyauLa crote continentaleLatmosphreLocan

Le rgne de HadsScience & Vie


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Ou comment expliquer la structure en enveloppes des plantes telluriques ?


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Comment expliquer les diffrences chimiques des enveloppes de la Terre ?

JP Bourseau.


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Sachant que la capacit calorifique des roches est de lordre de 1000J/kg/K, quelle nergie faut il pour faire fondre la Terre ?~10^23J~10^27J~10^31J~10^35J



Fe et Ni sont tombs au fond par percolation, les autres matriaux migrentvers la surface sgrgation par diffrence de densit.

Individualisation du noyau < 30 Ma.

Actuellement, plusieurs millions de tonnes de Fe cristallisent chaque jour et tombent au centre du noyau pour constituer la graine.



Ce zircon est le plus vieil lment terrestre connu Valley (2006)Daprs Nutman (2006)

Zircons de Jack Hills (4.4 Ga)Image environ 200 m de diamtre4.4 Ga


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Martin et al. (2006)La dgazage de latmosphreLa condensation des ocans4.537 Ga

Trs rapide !!!Probablement < 400 MaT 250 km vaporise tous les ocansVie prenne possible qu partir de 3.9 Ga

3.9 Ga

4.537 GaImpact Lune

Black-cat-studiosLe bombardement mtoritique


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ManteauPrimitif (MP)Noyau (N)ManteauNoyauatmosphrecroteChondrites = informations sur la composition de la Terre globale.Noyau diffrenci < 50-100 Ma.Terre diffrencieavec une crote.atmosphre


2. Dmarrage de la convection mantellique et du champ magntique


?

Gravitvs.Viscosit



Augmente en sloignant ~ origine externeAugmente en se rapprochant ~ origine interne


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Comment gnrer un champ magntique ?Lintrieur de la plante = aimant ?

Les matriaux perdent leur aimantation au dessus de 600-1000CLa temprature interne des plante dpasse 1000C partir de ~100km de profondeurAlors comment fait-on ?


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Un conducteur en mouvementSilicates = ISOLANT !Mtaux = CONDUCTEUR !


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3. Lhistoire de la vie

COMMENT IMAGNIEZ-VOUS LHISTOIRE DE LA VIE ?33

Quest ce que la vie?Gnration spontane:Les plantes, les insectes, les animaux peuvent natre de systmes vivants qui leur ressemblent, mais aussi de matire en dcomposition active par la chaleur du soleil. (Aristote)Dfinition utilise par la NASA pour ses recherches en exobiologie : La vie est un systme chimique auto-entretenu capable d'volution darwinienne.. Dfinition biologique de la vie : Un organisme est dit vivant lorsqu'il change de la matire et de l'nergie avec son environnement en conservant son autonomie, et lorsqu'il se reproduit et volue par slection naturelle

Quest ce que la vie?Dun point de vue biochimique:

- Des molcules gantes- La clture, la membrane cellulaire isole un milieu intrieur du milieu extrieur- Le mtabolisme, une srie de ractions chimiques actionnes par une source dnergie externe- Lhrdit, mmoire molculaire qui induit a chaque gnration un schma architectural prtablis


Localit de North Pole Groupe de Warrawoona(Formation Dresser, 3,490 Ga)(Craton de Pilbara; NW Australie)Les plus vieux stromatolites



Sur TerreThorie dOparine (1924)

du monde minral obtenir des molcules organiques simples (matire prbiotique) :

Acide cyanhydrique (HCN) et formaldhyde (HCHO)

http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terreLa thorie de la soupe primitive


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Exprience de Miller (1953)

3. Lhistoire de la vieUn ballon avec un mlange gazeux soumit laction dun arc lectrique3. Origine(s) de la vie?

Stanley L. Miller (1930 - 2007)

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Rsultats de lexprience de Miller

http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terreAcide cyanhydrique (HCN) Formaldhyde (HCHO)Acides amins Reste le problme de la composition de latmosphre


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Schopf (1999)

matire prbiotiquemolcules organiques complexes??On ne sait pas fabriquer des molcules organiques complexes (ou macromolcules comme les protines ou acides nucliques) dans des conditions prbiotiques

De la matire prbiotique aux macromolcules


42Objectif de la diapo : Comment obtenir des molcules organiques complexes partir des molcules prbiotiques

Comment fabriquer des macromolcules partir dun mlange dacides amins ou de nuclotides?Mme si en prsence dargiles, des chanes peptidiques de plus de 50 acides amins ont pu tre obtenues en laboratoire, nous ne savons pas fabriquer, dans des conditions prbiotiques, les protines et les acides nucliques, molcules essentielles la vie.

Complments: Les acides nucliques et les protines sont des longues chanes linaires de petites molcules, des acides amins pour les protines et les nuclotides pour les acides nucliques. Les protines actuelles sont formes de 20 acides amins diffrents.Les enzymes sont des macromolcules, gnralement des protines, qui catalysent des ractions chimiques.Cependant, chaque liaison par polymrisation exige llimination dune molcule deau, une difficult majeure en milieux aqueux! Donc, au cours de la polymrisation, lexcs deau devrait inverser la raction (hydrolyse) et mme librer spontanment de lnergie. Afin dviter ce problme certains modles essaient dexpliquer la concentration des monomres sur des substrats prfrentiels, qui auraient favoris les ractions prbiotiques et llimination de leau (par adsorption sur des molcules charges lectriquement dans des argiles, par vaporation au contact de sources hydrothermales peu profondes, par conglation ou chauffage de protinoides hydrothermales, etc.). Par exemple, la surface des argiles limite fortement les possibilits dorientation relative des molcules qui sy adsorbent. Linformation contenue dans un feuillet-matrice sous forme de densit de charges lectroniques lors de la croissance de cristaux de certaines argiles peut tre transfre aux feuillets-fils. Dans certains cas, de longues chanes peptidiques de plus de 50 acides amins ont pu tre obtenues en laboratoire.

AtomesC, H, O, NPetites molculesH20, CH4, CO2,CNH, etc.

Molcules simples Acide amin,Nuclotide,Glucide,Acide grasPolymresProtineADNARNCelluleMOLECULES PRE-BIOTIQUES = INERTESVIVANT

Fabriqusdans les toiles

Fabriqusdans les NUAGES INTERSTELLAIRES

OK,mais... composition atmosphre ??


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Acides carboxyliques, acides amins (plus de soixante-dix), bases nucliques, amines, amides, alcools, etc.

Mtorite de Murchison (chondrite carbone ; tombe en 1969 en Australie) 100 tonnes la quantit de grains interplantaires arrivant tous les jours actuellement la surface de la Terre

3. Lhistoire de la vieEt si la vie ne venait pas de la Terre ?

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Craton de Pilbara (Australie)Groupe de WarrawoonaLocalit dApex ChertLes plus vieux microfossiles ? (Apex Chert)

3.465 Ga

11 espces de microfossiles dcritesArchaeoscillatoriopsis disciformis, n. gen., n. sp. (M, holotype)


45Objectif de la diapo : Les plus vieux microfossiles (Apex Chert ; 3.465 Ga)En 1993, William Schopf publie dans la revue Science la dcouverte des plus vieux microfossiles. Dans la localit dApex Chert, toujours en Australie sur le craton de Pilbara, mais dans une srie un peu plus rcente, le groupe de Pilbara. Lauteur dcrit ainsi 11 nouvelles espces

Objectif de la diapo : Les plus vieux stromatolites

Daprs les tailles des microfossiles, W. Schopf en dduit mme quil pourrait sagir de Cyanobactries. En effet, lessentiel des cyanobactries prsentent une largeur de cellule > 3.5 m.Mais attention, ce critre de taille est largement discut

Brasier et al. (2005) Prec. Res. 140Microfossiles se trouvent dans des brches, lintrieur de veines hydrothermales !Si microfossiles, non-phototrophes (donc pas des cyanobactries !)

3.465 GaLes plus vieux microfossiles ? (Apex Chert)


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3.35 GaBiofilms et 2 types de bactries (bacillaires et coccodes)

3. Lhistoire de la vieLes plus vieux microfossiles ? (Fig Tree Cherts Afrique du Sud)

2.7 GaLes biomarqueurs (stranes)Plus anciennes traces dEucaryotesCraton de Pilbara Groupe de HamersleyFormation de Roy Hill

Brocks et al 1999


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Groupe de Roper

1.492 Ga

120m

2.1 Ga ???

GrippaniaTappania

2.7 Ga

Biomarqueurs

3. Lhistoire de la viePremiers eukaryotes

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250 fossiles de potentiel organismes pluricellulaire (Gabon).Potentiellement pseudofossiles

2.1 Ga

3. Lhistoire de la viePremiers pluricellulaires ?

Plus vieil organisme multicellulaire connu.Algues rouges

1.2 Ga

Bangia (rcent)

Plus anciennes reproduction sexue


Plus vieux pluricellulaires

Ce quil faut retenirLa diffrentiation des enveloppes est possible grce la fusion des matriauxElle est ralise en trs peu de temps (avant la fin de lHaden, sauf peut-tre pour la crote continentale)Le dynamisme interne se met en place trs tt dans lhistoire de la Terre (1er milliard danne tout au plus)La vie semble tre prsente dans les plus vieilles roches terrestre djElle sest dveloppe lentement, sest diversifie aprs lArchen avant dexploser il y a 500Ma.

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