La photosynthèse

Réservoirs d'éléments volatils à l'origine de l'atmosphère primitive

Plusieurs réservoirs de volatils ont contribué à la mise en place de l'atmosphère primitive:

• la nébuleuse protosolaire^[1] présente dès la formation de la Terre. La capture de gaz de cette nébuleuse aurait peu participé à l'élaboration de l'atmosphère,

• le manteau^[2] terrestre qui a libéré de nombreux volatils^[3], lors d'un dégazage, a permis dès - 4,3 Ga^[4] (à l'Hadéen) de stabiliser une atmosphère primitive,

• les chondrites^[5] carbonées, qui sont à l'origine terrestre d'eau, et qui en bombardant la Terre, ont permis d'apporter à notre atmosphère d'autres éléments volatils tels que le dioxyde de carbone et le diazote.

Le dioxyde de carbone

Alors qu'à l'heure actuelle, la pression partielle (encart 1) en CO₂ dans l'atmosphère est de 0,3 mbar^[6], des modèles mathématiques permettent d'estimer qu'à l'Archéen, la pression partielle en CO₂ se situait entre 30 mbar et 200 mbar. Cette pression diminua au cours de l'Archéen en raison de la formation des carbonates (encart 2), généralement insolubles, et, de la diminution de l'intensité du bombardement par les chondrites carbonées.

Le diazote

Proche de 0,8 bars dès l'Hadéen), la pression partielle en N₂, augmente progressivement au cours du vieillissement de la Terre. Dès l'archéen (-4 Ga) la teneur en N₂ reste fixe: l'atmosphère contient 80% de N₂.

Le dioxygène à l'Archéen : modifications de la composition de l'atmosphère terrestre résultent de l'apparition de la photosynthèse

L'enrichissement en carbone 12 de sédiments archéens indiquerait les débuts d'une activité photosynthétique, donc d'un dégagement d'O₂, dans des formations de Pilbara, aujourd'hui situées en Australie. Ces anciennes stromatolithes dateraient de -3,5 Ga. Elles se forment par l'accumulation de lits formés de calcaire et de débris rocheux entre lesquels s'insinuent des filaments de colonies bactériennes photosynthétiques.

Cependant, il faudra attendre le Protérozoïque (-2,5 Ga à -542 Ma) pour observer une importante oxygénation des océans et de l'atmosphère. Au cours de cette période, la proportion d'O₂ dans l'atmosphère passe de 0,2% d'O₂ avant 2,5 Ga à 3% d'O₂ après 1,9 Ga.

A la fin du Protérozoïque, se développe une faune de plus grande taille: métazoaires appartenant à l'embranchement des cnidaires (coraux mous et méduses), des annélides et des arthropodes. Si on considère que leur métabolisme est basé sur la respiration cellulaire aérobie, ces organismes avaient la capacité de fournir suffisamment d'O₂ à leurs cellules. On estime alors que la composition en O₂ atteignait les 10% à la fin du Protérozoïque.