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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 ?
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).
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
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
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
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
Depuis quand y-a-t-il de l ’eau sur la Terre ?
Quelques mots de « zirconologie »
L ’échange isotopique avec l ’eau « magmatique » a tendanceà enrichir les roches en 18O
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
Les cherts « stromatolithiques » de l ’Archéen
Le silex (chert) « Phanérozoiques »
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
Age (x 109 ans)1 2 3Présent
18O (‰) Température (°C)
100
70
0
10
20
30
50
40
36
32
28
24
20
18
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
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
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
-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
- ) ?
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
Carbonates
Kérogènes
Age (Milliard’années) 3,5 2,5 1,5 0,5
13C (‰)+5
0
-10
-20
-30
-40
-50
-27 ‰
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)
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