Histoire de la Terre
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L'histoire de la Terre couvre approximativement 4,5 milliards d'années (4 567 000 000 années), depuis la formation de la Terre à partir de la nébuleuse solaire jusqu'à maintenant.
Origine
L'âge de l'Univers est estimé à approximativement 13,819 milliards d'années. La principale théorie sur la formation de l'Univers est le Big Bang : l'Univers était un point de haute énergie qui est brutalement entré en expansion, se refroidissant. En ralentissant (refroidissement) une partie de cette énergie est devenue de la matière sous forme d'atomes de deutérium, d'hélium 4 et de lithium 7 : c'est la nucléosynthèse primordiale. Des nuages de gaz d'hydrogène se sont concentrés sous l'impulsion de la gravitation, prenant la forme de galaxies et d'étoiles. Lorsqu'une sphère de gaz atteint une certaine densité, une réaction de fusion nucléaire devient possible, fusionnant deux atomes d'hydrogène pour former de l'hélium. Lorsque l'étoile devient plus âgée et que la quantité d'hélium produit augmente, la fusion nucléaire produit des atomes plus lourds : carbone, oxygène, etc. Arrivée à un certain âge, une étoile peut s'effondrer sur elle-même puis exploser en une supernova expulsant la matière qu'elle a produite.
Cette matière est à l'origine de la nébuleuse solaire, un nuage de gaz (ou disque d'accrétion) à partir duquel le système solaire s'est formé. Ce dernier était alors un large nuage en rotation, constitué de poussière, de roche et de gaz. Une théorie suggère qu'il y a environ 4,6 milliards d'années, une étoile proche a été détruite dans une supernova et l'explosion a envoyé une onde de choc à travers la nébuleuse solaire, lui faisant gagner un moment angulaire. Au fur et à mesure que le nuage accélérait sa rotation, la gravité et l'inertie l'ont aplati en un disque protoplanétaire orienté perpendiculairement par rapport à son axe de rotation.
L'essentiel de la masse se concentre alors au centre et commence à s'échauffer, mais de petites perturbations dues aux collisions et au moment angulaire d'autres larges débris créent les conditions pour que des protoplanètes puissent commencer à se former. La chute de matériaux, l'augmentation de la vitesse de rotation et la compression liée à la gravité créent une énorme quantité d'énergie cinétique au centre. L'incapacité à transférer cette énergie suffisamment rapidement à l'extérieur occasionne une montée progressive de la température au centre du disque. Finalement, la fusion nucléaire de l'hydrogène en hélium commence, et après contraction, une étoile T Tauri devient notre jeune Soleil.
Pendant ce temps, alors que la gravité pousse la matière à se condenser autour des objets précédemment perturbés, les particules de poussière et le reste du disque protoplanétaire commencent à se séparer en anneaux. Des fragments de plus en plus gros entrent en collision les uns avec les autres et deviennent de plus gros objets, ultimement destinés à devenir des protoplanètes. Ceux-ci incluent un groupement situé approximativement à 150 millions de kilomètres du centre : la Terre. Le vent solaire de la nouvelle étoile T Tauri nettoie la plus grande partie du gaz et des poussières du disque, qui ne s'étaient pas déjà condensés en de plus gros corps.
Après plusieurs années d'impact, la Terre se forma. Suite à la naissance de celle-ci, les astéroïdes ont continué à entrer en collision avec la Terre, ce qui a produit une énergie sous forme de chaleur. La Terre a commencé à brûler de l'intérieur dû à la chaleur intense. Les éléments qui s'y trouvaient (fer et nickel) ont fondu et coulé vers le centre de la planète. C'est ainsi que le noyau se forma lors des quarante premiers millions d'années de la Terre. Le fer liquide contenu dans le noyau crée un véritable champ magnétique autour de celle-ci. C'est en fait ce champ qui protège la planète de certaines particules cosmiques. Plusieurs années plus tard, une collision importante avec un astéroïde de la taille d'une planète changea la direction de la Terre. L'impact mélangea les couches externes des deux planètes ce qui provoqua l'agrandissement de la Terre et le reste des débris forma la Lune. Suite au chaos des premières années de vie de la planète, les collisions se firent plus rares et la Terre a pu se refroidir. C'est ainsi que le système solaire a pu s'établir[1].
La Lune
L'origine de la Lune est toujours incertaine, bien que de nombreux indices accréditent la thèse de la grande collision. La Terre pourrait ne pas avoir été la seule planète à s'être formée à 150 millions de kilomètres du Soleil. Une hypothèse indique qu'un autre amas se serait formé à 150 millions de kilomètres du Soleil et de la Terre, à leur quatrième ou cinquième point de Lagrange. Cette planète, nommée Théia, aurait été plus petite que la Terre actuelle, probablement à peu près de la taille et de la masse de Mars. Son orbite aurait pu être stable dans un premier temps, mais s'être déstabilisée au fur et à mesure que la Terre augmentait sa masse par l'accumulation de matériau.
Théia oscille par rapport à la Terre jusqu'à approximativement 4,533 milliards d'années[2], date à laquelle elle entre en collision selon un angle oblique faible. L'angle et la vitesse ne sont pas suffisants pour détruire la Terre, mais une large portion de la croûte est éjectée. Des éléments plus lourds de Théia s'enfoncent au cœur de la Terre, pendant que le reste des matériaux et des éjections se condensent en un seul corps en quelques semaines. Sous l'influence de sa propre gravité, celui-ci devient un corps plus sphérique : la Lune[3]. À cette époque, la Lune orbite plus rapidement et à une distance 15 fois moindre qu'aujourd'hui[4]. On avance également la théorie que l'impact aurait changé l'axe de la Terre pour produire la large inclinaison de l'axe de 23,5° qui est responsable des saisons sur la Terre — le modèle idéal de l'origine des planètes considère qu'elles auraient des inclinaisons d'axe de 0°, donc sans saison reconnaissable. L'impact pourrait aussi avoir accéléré la rotation de la Terre en lui donnant un temps de rotation de 6 heures[4], et initié la tectonique des plaques de la planète.
L'éon Hadéen
L’histoire de la Terre primitive, entre 4,57 et 3,8 milliards d’années durant l'éon hadéen est très mal connue, d'où le terme de dark ages, « âge des ténèbres » pour caractériser cette période[5].
La jeune Terre, durant l'hadéen, était très différente du monde tel que nous le connaissons aujourd'hui. Il n'y avait pas d'océan et pas d'oxygène dans l'atmosphère. Elle était bombardée par des planétoïdes et des matériaux issus de la formation du système solaire. Ce bombardement, combiné à la chaleur des transformations radioactives, à la chaleur résiduelle et à celle due à la pression de contraction, placent les roches de la planète entière en état de fusion jusqu'à 1 000 km de profondeur. Les éléments les plus lourds s'enfoncent au centre pendant que les plus légers montent à la surface, formant par différenciation les différentes enveloppes de la Terre (voir « structure interne de la Terre ») et produisant ainsi de la chaleur supplémentaire. Cela conduit à l'hypothèse que le modèle de l'océan magmatique lunaire puisse être transposé à la formation initiale de la Terre dont la surface n'est alors qu'un océan de magma généralisé d'environ 2000°C [6].
L'atmosphère de la Terre à ses débuts aurait été composée de matériaux environnants de la nébuleuse solaire, particulièrement des gaz légers tels que l'hydrogène et l'hélium, mais le vent solaire et la chaleur de la Terre auraient dispersé cette atmosphère. Une nouvelle atmosphère terrestre est créée à partir du dégazage du magma. Ces gaz provenant des roches terrestres en fusion étaient principalement de l'azote, du dioxyde de carbone, de l'ammoniac, du méthane, de la vapeur d'eau et de plus petites quantités d'autres gaz.
La Terre se refroidit et la croûte terrestre se forme autour de germes à la surface. Des zones entrent à nouveau en fusion à l'occasion de larges impacts, qui interviennent à des intervalles de quelques dizaines ou centaines d'années, et seraient à l'origine de différentiations partielles[7]. Le noyau se serait formé en premier il y a moins de 15 Ma[8] tandis que la croûte terrestre semble être apparue il y a 3,8 à 4 milliards d'années, au début de l'archéen[9]. Une écume de feldspath pouvait se former et constituer une croûte terrestre primitive de gabbros et d'anorthosites mais elle devait être constamment recyclée dans la matière fondue[6]. De 4 à 3,8 milliards d'années avant notre ère, la Terre connaît une période de grand bombardement tardif[10], comme la Lune et les autres corps du système solaire. Cette phase est probablement due au réarrangement du système solaire externe.
La planète continue à se refroidir, et les pluies auraient conduit à la formation des océans il y a 4,2 milliards d'années[11],[12].
L'hypothèse d'un océan de magma occupant une fraction non négligeable de la Terre pendant l'hadéen est cependant remise en cause par les études de géochimie (datation par le samarium-néodyme (en), isotopes de l'hafnium dans les zircons) qui suggèrent qu'une croûte terrestre figée basaltique (constituée de basaltes et de komatiites) ou granitique est bien antérieure aux roches terrestres les plus anciennes (en)[13]. Grâce à l'amélioration de précision du spectromètre de masse, les dernières études, encore controversées, semblent indiquer que cette croûte primitive se serait formée vers - 4,45 Ga et aurait subsisté quelques centaines de millions d'années avant d'être « remélangée » dans le manteau[14].
Les débuts de la vie
Les origines de la vie, qui remonteraient à environ 3,5 à 3,8 milliards d'années, demeurent incertaines. Il existe deux principales hypothèses expliquant l'origine des premières molécules organiques :
- La condensation sur des surfaces minérales.
- Les sources hydrothermales au fond des océans.
Dans la première hypothèse, la Terre offre alors des conditions prébiotiques favorables (probablement eau, ammoniac, méthane et hydrogène...) à la création de molécules organiques simples (urée, formaldéhyde, acide cyanhydrique, acides aminés...). Ces briques du vivant évoluent ensuite en protocellules isolées dans des membranes et dont l'ARN (acide ribonucléique) est capable de réplication. L'ADN remplace ensuite l'ARN dans le rôle de support du génome et c'est l'apparition de l'organisation actuelle du vivant.
L'hypothèse la plus communément admise est le fait que la vie se serait formée dans les sources chaudes. Ces sources chaudes seraient premièrement dénuées d'eau, mais plutôt argileuses, car les matières organiques sont très difficilement solubles dans l'eau. Pourtant, la concentration d'acides aminés est faible. Pour augmenter la probabilité que la vie ait des chances d'émerger, il est possible que la vie se soit formée dans des roches poreuses, au niveau des sources chaudes. Alors, ces roches formeraient une sorte de goulot d'étranglement, où les acides aminés et autres molécules seraient rassemblées. Ainsi, la concentration augmente, les chocs entre les molécules aussi, et la probabilité de voir des structures organiques complexes augmente aussi.
La première cellule
La date d'apparition exacte de la première cellule n'est pas connue par les scientifiques. Les plus anciens fossiles de cellules connus sont les stromatolithes datés de 3,5 milliards d'années.
Les scientifiques ont retrouvé des micro-organismes fossiles dans les roches d'Isua au Groenland datés de 3,8 milliards d'années. Mais il se pourrait que ce soit des artefacts.
D'autres traces paléontologiques de vie ont été retrouvées :
- microfossiles de Warrawoona (Australie) datés de 3,5 Ga ;
- microfossiles d'Onverwacht et Fig Tree (Afrique-du-Sud) datés de 3,4 - 3,5 Ga ;
- microfossiles de Bulawayo (Zimbabwe) datés de 2,8 Ga ;
- microfossiles de Gunflint (Ontario, Canada) datés de 2 Ga ;
- microfossiles de Bitter Springs (Australie) datés de 850 Ma.
Photosynthèse et oxygène
Captant l’énergie du Soleil, les bactéries (premières formes de vie) développent un processus nouveau : la photosynthèse. Cette création d’oxygène va avoir un impact décisif sur l’évolution de la planète. L’oxygène des bactéries est produit en si grande quantité que les océans en sont saturés. L’oxygène s’échappe dans l’atmosphère, devenant un de ses composants.
Il faut six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d'eau pour synthétiser une molécule de glucose, relâchant six molécules de dioxygène, grâce à l'énergie lumineuse.
La formule simplifiée est : 6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse → C6H12O6 (glucose) + 6 O2
Certaines bactéries apprennent à utiliser l’oxygène : c’est l’apparition de la respiration. L’oxygène est une source d’énergie extrêmement efficace, bien plus que la fermentation, qui ouvre la voie à de nouveaux développements. Le vivant se complexifie.
Endosymbiose et les trois domaines de la vie
Pluricellularité
Colonisation de la terre
Il y a 550 millions d’années a eu lieu ce qu’on appelle l’explosion cambrienne. Les premiers poissons pourvus d’arêtes sont apparus ; ils sont les ancêtres de tous les vertébrés actuels.
Grâce à l’oxygène, la couche d'ozone se forme ; elle protège les êtres vivants des radiations, permettant à ceux-ci de s’aventurer sur la terre ferme : l'extinction de l'Ordovicien-Silurien et du Dévonien, marquées par d'importantes crises biologiques qui appauvrissent la vie jusque-là exclusivement marine favorisent la conquête des terres émergées par les plantes chlorophylliennes et plusieurs grands groupes animaux, essentiellement les arthropodes et les vertébrés. Ce processus d'adaptation est appelé sortie des eaux.
Humanité
D'après l'analyse de l'ADN, en particulier l'horloge moléculaire, la branche qui a conduit à l'Homme diverge de celle des primates supérieurs il y a environ 7 millions d'années[15].
Lucy, fossile de l'espèce Australopithecus afarensis date d'environ 3,2 millions d'années.
Homo habilis, hominidé moderne, émerge en Afrique orientale il y a environ 2 millions d'années.
L’Homo sapiens moderne apparaît en Afrique il y a quelque 200 000 ans.
Civilisation
Événements récents
Articles connexes
- Le Big Bang et sa chronologie
- L'échelle des temps géologiques
- L'évolution des formes de vie
- La chronologie de l'évolution
- L'histoire naturelle
- L'histoire du monde
Notes et références
- ↑ L'Univers et Ses Mystères, de Tony Long, Flight 33 productions, 2007, ép. Épisode 6 (« La Terre, Notre Vaisseau Spatial »)
- ↑ Carsten Münker, Jörg A. Pfänder, Stefan Weyer, Anette Büchl, Thorsten Kleine, Klaus Mezger, Evolution of Planetary Cores and the Earth-Moon System from Nb/Ta Systematics, Science (volume 301, n°5629, pp 84–87), 4 juillet 2003
- ↑ G. Jeffrey Taylor, Origin of the Earth and Moon, NASA, 26 avril 2004
- 1 2 Reportage vidéo SuperScience 2 - "La Lune et ses mystères" daté de 2005.
- ↑ (en) Walter Brian Harland, A Geologic Time Scale, Cambridge University Press, 1990, p. 23
- 1 2 (en) Alain R. Meunier, La naissance de la Terre. De sa formation à l'apparition de la vie, Dunod, 2014 (lire en ligne), p. 101
- ↑ Alfvén Hannes, Gustaf Arrhenius, Evolution of the Solar System, National Aeronautics and Space Administration, 1976
- ↑ (en) Asish Basu, Stan Hart, Earth Processes. Reading the Isotopic Code, American Geophysical Union, 1996 (lire en ligne), p. 63
- ↑ (en) P. Richard, N. Shimizu, C. Allegre, « <sup1>43Nd/146Nd, a natural tracer: an application to oceanic basalts », Earth and Planetary Science Letters, vol. 31, no 2, , p. 269–278 (DOI 10.1016/0012-821X(76)90219-3)
- ↑ Robert Roy Britt, Evidence for Ancient Bombardment of Earth, Space.com, 24 juillet 2002.
- ↑ A. J. Cavosie, J. W. Valley, S. A., Wilde, E.I.M.F., Magmatic δ18O in 4400-3900 Ma detrital zircons: A record of the alteration and recycling of crust in the Early Archean, Earth and Planetary Science Letters (volume 235, issue 3-4, pp. 663-681), 15 juillet 2005)
- ↑ Edward Young, Executive Summary 2005, 4 juillet 2005.
- ↑ Bernard Bourdon, « Sur la piste de l'écorce primitive », La Recherche, no 386, , p. 54 (lire en ligne)
- ↑ (en) Guillaume Caro, Bernard Bourdon, Bernard J. Wood & Alexandre Corgne, « Trace-element fractionation in Hadean mantlegenerated by melt segregation from a magma ocean », Nature, no 436, , p. 246-249 (DOI 10.1038/nature03827)
- ↑ Jared Diamond, Le troisième chimpanzé, Folio Essais, p.40-45, ISBN 978-2-07-044133-4
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