Cours 2 - Environnement de l'être humain Flashcards
Description de la formation de l’univers
- naissance : 13,8 milliards d’années
- théorie du Big bang : naissance de l’univers à partir d’un rassemblement de neutrons dense, mélange de gaz apparu (nébuleuse primitive), donnant naissance à soleils, planètes, autres corps célestes
Nébuleuse primitive : hydrogène et hélium à 99%, autres éléments se sont formés à partir de ces éléments par fusion nucléaire, températures extrêmement élevées
Description de la formation du soleil
- 5 milliards d’année à partir d’un nuage interstellaire (concentrés dans les bras spiraux de la Voie lactée)
- lorsque nuage suffisamment dense et froid, se concentre pour former soleil, se fait sous l’effet de la gravité même du nuage, loi des gaz parfait (gaz froid exerce moins de pression qu’un gaz chaud à densité égale)
Description de la naissance des planètes
- soleil émergeant chauffe intérieur du futur système
- même moment, petites particules solides se condensent à partir de gaz
- formation protoplanètes : collision, s’agglomèrent, forment planètes
- région chaude centrale réchauffée par le jeune Soleil : condensation fer et minéraux de silicates pour formation matériel rocheux, formation planètes telluriques : Mercure, Vénus, Terre, Mars
- région froide : condensation matériel glacé comme l’eau, méthane, ammoniac, formation de géantes gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune
Description de la formation de la Terre
- il y a 4,6 milliards d’années
- d’abord couverte d’un océan de lave (sans croûte ni noyau)
- il y a un refroidissement (morceaux de croûte se forment, bombardement de météorites et comètes se poursuit)
- formation de croûte primitive : éléments lourds (fer et nickel) se concentrent pour former noyau et les plus légers (oxygène, silicium, aluminium, etc.) forment croûte
- formation atmosphère primitive par l’activité volcanique : atmosphère bien différente d’aujourd’hui, condensation vapeur d’eau en nuage (création lacs, rivières, océans), naissance des continents
- combinaison de continents + océans + atmosphère : formation molécules de plus en plus complexes, apparition de la vie
Qu’est-ce qui est à la base des molécules organiques?
le carbone (tout le vivant est organisé autour de l’atome de carbone)
Quelles sont les molécules organiques
- les glucides : pour formation polysaccharides (amidon, cellulose, glycogène, chitine)
- acides aminés : pour formation protéines (polypeptides)
- nucléotides : pour formation acides nucléiques (ARN et ADN)
- lipides : pour stocker énergie, pour membranes cellulaires, pour signalisation dans les systèmes d’organisation complexes : hormones
Caractéristiques du vivant
- porteur de l’information qui le définit
- doit pouvoir reproduire cette information (se reproduire)
- capacité de croître en utilisant nutriments et énergie de l’environnement
- capacité de répondre à des stimuli externes
- uniformité chimique (vivant composé seulement de C, O, H, N)
Conditions qui permettent la vie sur terre
- présence d’éléments et catalyseurs pour former molécules organiques
- absence d’oxygène libre, car peut oxyder et détruire molécules organiques (premières formes de vie sur Terre étaient anaérobiques, il faut considérer oxygène comme oxydant et non pas uniquement comme l’élément permettant respiration cellulaire aéorbie)
- alors que vivant se manifeste, il faut des molécules organiques et qu’elles se reproduisent
Quelles sont les hypothèses de l’origine des molécules organiques
- origine terrestre : soupe primitive, origine volcanique et/ou hydrothermale
- origine extraterrestre (scénarios de panspermie, contamination extraterrestre)
Description de la soupe primitive
les conditions propices :
- atmo pauvre en O2
- source d’énergie pour les synthèses organiques : combinaison de foudre et rayons UV (pas de couche d’ozone)
- présence d’un océan primitif : avec solution de molécules organiques (la soupe primitive), la vie y aurait alors pris naissance
- conditions reproduites en laboratoire, production de molécules organiques
Problème de cette hypothèse : atmosphère primitive n’était ni réductrice ni oxydante, surtout composée de N et CO2
Description de l’origine volcanique et/ou hydrothermale
- chimiste allemand Günter Wächterhäuser
- réactions chimiques primitives produites sur la surface de minéraux riches en fer et soufre donnant molécules organiques et pyrite
- on les retrouve à la sortie de sources hydrothermales profondes, régions de fort volcanisme
- elles auraient pu avoir été formées au fond des océans et ensuite transportées à la surface pour permettre synthèse d’autres molécules organiques
Description des origines extraterrestres
- radiopanspermie : formes microscopiques organismes vivants auraient pu voyager dans espace et poussées par vents interstellaires (peu probable, radiations de toutes sortes détruisent organismes vivants non protégés
- lithopanspermie : organismes vivants auraient pu voyager à l’intérieur d’astéroïdes et seraient protégés des radiations et environnement délétère (mais astéroïdes s’affranchissent difficilement de la gravité des étoiles)
- transport délibéré ou accidentel par une civilisation extraterrestre : pas de démonstration scientifique qui le démontre, science-fiction
- pseudopanspermie (plus plausible hypothèse) : formation molécules organiques dans conditions totalement étrangères à celles retrouvées sur terre, dans comètes et météorites (retrouvé 16 molécules organiques carbonylées et composés azotés, sur comète 67P/Churyomov-Gerasimenko), reproduites en laboratoires
Quelles sont les deux hypothèses vérifiées sur l’origine des molécules organiques
- origine terrestre provient des sources volcaniques et/ou hydrothermales près
d’activités volcaniques - origine extraterrestre par formation molécules organiques sur des comètes et météorites qui auraient ensuite frappés Terre (pseudopanspermie)
Quelles sont les différentes étapes charnières de la vie sur Terre au cours du passé géologique
- formation terre (4,6 mill d’années)
- origine vie (4,0 mill d’années)
- premiers autotrophes (3,8 mill d’années)
- hominidés (4,0-2,0 millions d’années)
- être humain (au moins 315 000 ans selon plus vieux fossiles retrouvés)
Comment la fin de la vie sur Terre se produira
- Soleil continuera à se réchauffer
- températures augmenteront sur Terre
- plantes mourront et concentration en oxygène diminuera
- dans 1 milliard d’années : la vie complexe disparaîtra
- Soleil sera à court d’hydrogène et passera en phase de géante rouge, enflera et pourrait finir par engloutir la Terre dans 5,5 milliards d’années
- Prochains candidats pour une vie : lune Titan de Saturne
Quels sont les cinq compartiments de la Terre
- atmosphère
- biosphère
- hydrosphère
- lithosphère
- pédosphère
Description de la lithosphère
- couche terrestre externe solide
- formée de la croûte terrestre et partie supérieure du manteau (400 km de profondeur)
Description pédosphère
- domaine formé par effritement des roches
- compartiment où la vie dans le sol a lieu
Description hydrosphère
- tout ce qui est sous forme aqueuse
- océans : 71% surface de Terre, essentiel hydrosphère
- lacs
- rivières
- fleuves
- glace
- neige
- eau dans croûte terrestre
Description biosphère
- partie de la Terre peuplée par les êtres vivants
- inclut partie supérieure croûte terrestre et partie inférieure atmosphère
- compartiment dans lequel vit l’être humain, mais petite section y est habitable par l’humain, espace vital limité par déserts, banquise Arctique, hautes montagnes
Description atmosphère
- couche d’air entourant la Terre
Périodes formation de l’atmosphère
- 1ere période : 4,6 milliards d’année, durée de 100 millions d’années, formation suivant refroidissement du plasma, condensation composés selon point d’ébullition, composés plus volatils dans brouillard solaire, composés plus légers pas retenus par gravité et quittent Terre, composition de l’atmosphère originelle (>80% CO2), presque pas d’oxygène libre
- 2e période : pauvre en oxygène, apparition organismes unicellulaires sans noyau, soit procaryotes, vivent dans l’eau et à l’abri des rayons UV, métabolisme, respiration cellulaire se faisait par fermentation, apparition d’organismes primitifs producteurs d’oxygène (3 milliards d’année) : cyanophites et cyanobactéries (algues bleues), oxygène consommé par éléments croûte terrestre (fer, aluminium, calcium, soufre) qui maintient concentration faible en oxygène
- 3e période : 2 milliards d’années, atmo devient riche en O2, apparition organismes nécessitant oxygène pour métabolisme (eucaryotes), respiration aérobie plus efficace que fermentation, concentration minimale de 0,2% d’O2 pour maintient vie aérobique
- 4e période : 0,6 milliards d’années, conditions atmosphériques comparables à aujourd’hui
Description de l’atmosphère
- couche d’air qui entoure la Terre
- altitude 80 000 km
phénomènes météo jusqu’à 80 km hauteur - compartiment petit en comparaison aux autres (moins dense)
- se divise selon paramètres
- t° troposphère (0-15 km) : au sol environ 20°C, à 12 km -60°C, refroidissement de 6°C par km
- stratosphère (15-50km) : contient ozone qui protège rayons UV
Que sont la tropopause, stratopause, mésopause?
Limites atmosphériques qui marquent la transition entre les différentes couches de l’atmosphère terrestre. Elles séparent les couches où les propriétés de température et de composition changent radicalement, les gaz s’y mélangent très lentement
De quoi est composé l’atmosphère?
- azote : 78,084%
- oxygène : 20,946%
- argon - gaz inerte : 0,934%
- autres constituants (0,04%) CO2 plus abondant
- l’eau présente sous forme de vapeur, entre 0 et 4% par volume en fonction de température
Quels sont les deux gaz les plus importants pour l’humain et les organismes vivants
- CO2 : utilisé pour la photosynthèse par végétaux, algues et bactéries, production de sucres et autres molécules organiques, production d’oxygène
- O2 : utilisé par respiration cellulaire pour convertir énergie contenue dans molécules organiques en énergie chimique nécessaire aux fonctions des organismes vivants (respiration cellulaire produit le CO2)
Description du cycle des substances
Structure commune aux cycles
- intrants, recyclage interne dans le compartiment, extrants
- cycle biogéochimique car implique des processus entre et dans le vivant et le non-vivant (bio : vie, géo : roches et sol, chimique : pour réactions chimiques impliquées dans les cycles)
- flux de nutriments du non-vivant vers le vivant et vice-versa
- processus biologiques font en sorte que certains éléments s’accumulent dans certains compartiments
- certains organismes peuvent accumuler des éléments à des teneurs élevées
Que veulent dire tropopause, stratopause et mésopause?
Ce sont les limites entre les différentes couches de l’atmosphère
- ils ne dépendent pas de l’altitude
- il y règne des températures constantes
- couches frontières oz les gaz se mélangent très lentement
Quels sont les 3 principaux constituants de l’air (99,964%)
- Azote : 78,084 %
- Oxygène : 20,946 %
- Argon – gaz inerte : 0,934 %
- gaz mineurs (0,04%) : CO2 plus abondant
- eau en vapeur : entre 0 et 4% par volume selon t°
Quels sont les deux gaz les plus importants pour l’humain et les organismes vivants
- CO2 : utilisé pour photosynthèse par les végétaux, les algues et bactéries, production de sucres et autres molécules organiques, production d’oxygène
- O2 : utilisé par respiration cellulaire pour convertir énergie contenue dans les molécules organiques en énergie chimique nécessaire aux fonctions des organismes vivants, respiration cellulaire produit le CO2
Quels sont les cycles biogéochmiques des éléments les plus connus?
- Oxygène
- Carbone
- Soufre
- Phosphore
- Plomb
- Cuivre
- se déplacent en différentes quantités et vitesses entre les
compartiments du système terrestre
Quelle est la structure commune aux cycles
- intrants : transportés d’un compartiment de départ vers un compartiment d’arrivée
- recyclage interne dans le compartiment : par les organismes vivants
- extrants : transportés d’un compartiment de départ vers un compartiment d’arrivée
Pourquoi les cycles sont dits «biogéochimiques»?
- bio : vie
- géo : roches (lithosphère) et sol (pédosphère)
- chimique : réactions chimiques impliquées dans les cycles
Structure commune
Explique et donne un exemple de puits/sources
- puits : plus d’entrées que de sorties, mais certains ne sortent pas
- sources : plus de sorties que d’entrées ; population en santé, vont partout
ex. la forêt est un puit de carbone, mais si elle est brulée, elle devient une source de carbone
Explique le transport du carbone entre les compartiments
- flux OA=AO mais SA>AS
- différence : émissions de CO2 des activités. humaines, perturbation du cycle causant les cc
Temps de séjour des éléments selon les compartiments en ordre de grandeur
Atmosphère<hydrosphère = Pédosphère<Lithosphère
- temps de séjour courts dans atmo : sensible, plus petit volume que les autres (densité)
Exemples d’influences de l’être humain sur les cycles de substances
- carbone : émissions de CO2 et autres GES -> changements climatiques
- azote : application de fertilisants azotés (agriculture) -> émissions de N2O -> changements climatiques ; gaz d’échappement de voitures et combustion -> émissions de N2O, NOX et NO2
-> changements climatiques et
pollution atmosphérique - phosphore : épuisement ressources P par activité minière (P lessivé des écosystèmes retourne dans les sédiments marins et n’est plus disponible), fertilisation (lessivage P dans cours d’eau ; eutrophisation et prolifération algues
- soufre : activités industrielles (émissions de H2S et oxydes de soufre par procédés industriels et combustion de combustibles fossiles -> smog, contribution pluies acides surtout années 80 : SO2->H2SO4
