DS 2012-13 - svtCharlie

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DS1 – TS1 – Vendredi 19 octobre 2012

Certaines roches sédimentaires sont utilisées par les géologues pour reconstituer le caractère oxydant ou réducteur de

l'atmosphère et ainsi reconstituer son évolution.

A partir de la mise en relation des documents proposés et de vos connaissances, montrez que l'atmosphère a

subi un changement majeur entre 3,5 et 2 Ga.

Document 1 : Des sédiments continentaux vieux de 2,9 Ga

en Afrique du Sud

Le Witwatersrand, en Afrique du Sud, est le plus important

gisement d'or et d'uranium du monde.

Il date de la fin de l'Archéen (2,9 Ga) et se présente sous

forme de conglomérats* à galets de quartz et de pyrite

(FeS2), avec des grains d'uraninite (UO2).

* Un conglomérat est une roche sédimentaire continentale

formée par accumulation de galets et de sable.

py = pyrite / u = uraninite / bit = matière organique

Document 4 : Evolution du caractère oxydo-réducteur des roches sédimentaires

a. Evolution des gisements de fers rubanés, de pyrite et

d'uraninite, et formation des sols rouges

Les BIF ou fers rubanés sont des gisements de fer riches

en hématite (Fe2O3) et d'origine océanique.

Les redbeds ou sols rouges sont des sols continentaux

riches en oxydes de fer.

Document 2 : Colonne stratigraphique synthétique du

gisement de North Pole (3,5 Ga en Australie)

Document 3 : Minéraux témoins du caractère oxydoréducteur

du milieu

La pyrite et l'uraninite sont très instables en présence de

dioxygène atmosphérique ou dissous dans l'eau.

- Oxydation de la pyrite (FeS2)

4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O → 4 Fe(OH)3 + 8 H2SO4

FeS2 = sulfure de fer (Fe 2+ )

Fe(OH)3 = hydroxyde de fer (Fe 3+ )

- Oxydation de l'uraninite (UO2)

4 UO2 (insoluble) + 2 O2 → 4 UO3 (soluble)

- Le gypse est une forme oxydée du soufre.

- Le fer contenu dans l'hématite (Fe2O3) est à l'état oxydé

(Fe 3+ ).

b. Delta 33 S des sédiments archéens.

Le paramètre delta 33 S (proportions entre les isotopes 33 S et

34 S du soufre) permet d'estimer le caractère oxydant ou

réducteur du milieu : il est nul si le milieu est oxydant et

variable si le milieu est réducteur.


CORRIGÉ

L'ensemble des documents montre un changement majeur de l'atmosphère entre 3,5 et 2 Ga : l'atmosphère réductrice va

devenir oxydante.

Doc.1 mis en relation avec le doc.3

Des sédiments continentaux, donc au contact avec l'atmosphère, datés de 2,9 Ga contiennent de la pyrite et de

l'uraninite.

D'après le doc.3, la pyrite et l'uraninite sont instables en présence d'O2 et s'oxydent respectivement en hydroxyde de fer

et en UO3.

Donc la présence de pyrite et d'uraninite dans les sédiments continentaux permet de conclure que l'atmosphère ne

contenait pas d'O2 il y a 2,9 Ga. L'atmosphère était donc réductrice.

Doc.2 mis en relation avec le doc.3

Les roches de North Pole, datées à 3,5 Ga, se sont déposées en milieu océanique.

On retrouve du gypse qui est une forme oxydée du soufre, l'océan contenait donc de l'O2 dissous, il y a 3,5 Ga.

Doc.2 mis en relation avec les connaissances

La présence de stromatolites est la preuve de l'existence d'une photosynthèse aérobie réalisée par des cyanobactéries.

En effet, l'absorption du CO2 nécessaire à la photosynthèse des cyanobactéries chlorophylliennes entraîne la formation

de constructions calcaires appelées stromatolites.

Doc.4

A partir de 3,8 Ga jusque vers 2,5 Ga on observe l'augmentation du dépôt océanique des fers rubanés. Or ils contiennent

une forme oxydée du fer (hématite). C'est donc que l'océan contenait de l'O2 dissous.

Vers 2,5 à 2,2 Ga on observe l'arrêt de la formation des gisements de pyrite et d'uraninite ainsi que des fers rubanés, et

la formation de sols rouges, c'est donc que l'atmosphère contenait de l'O2.

Le delta 33 S confirme ces déductions puisqu'on observe qu'à partir de 2,2 Ga environ, le delta 33 S devient nul, ce qui

caractérise un milieu oxydant donc contenant de l'O2.

La présence de stromatolites datés à 3,5 Ga (doc.2) s'explique par la photosynthèse aérobie des cyanobactéries qui

produisent donc de l'O2.

Cette production d'O2 s'effectue dans les océans. L'O2 produit, permet d'oxyder le fer des océans, ce qui conduit à la

formation des fers rubanés (doc.4a et 3).

A partir de 2,5 Ga, la quantité de fers rubanés diminue (doc.4a), l'O2 produit par photosynthèse, n'étant plus piégé dans

les océans, passe dans l'atmosphère qui devient alors oxydante (doc.4b).

La présence d'O2 dans l'atmosphère explique l'arrêt de la formation des gisements de pyrite et d'uraninite (doc.4a) qui ne

peuvent se former qu'en absence d'O2 (doc.1 et 3), et la formation des sols rouges au contact de l'atmosphère (doc.4a).

Le changement majeur observé est donc le résultat d'interactions liées à l'évolution de la vie sur Terre :

- vers 3,5 Ga production d'O2 par photosynthèse aérobie des cyanobactéries,

- de 3,5 à 2,2 Ga : piégeage de l'O2 dans les sédiments océaniques,

- à partir de 2,2 Ga : apparition de l'O2 dans l'atmosphère, l'atmosphère réductrice est devenue oxydante.

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