Planète Terre
La Terre est la troisième planète la plus rapprochée du Soleil, [2]. Elle peut être nommée « la Terre », « planète Terre », « Gaïa », « le Monde » ou « Planète bleue ».
Habitat de plusieurs millions d'espèces[3], y compris les humains, la Terre est, à ce jour, pour ses habitants, le seul endroit connu dans l'Univers à abriter la vie.
La planète s'est formée il y a environ 4,57 milliards d'années[4],[5],[6], et la vie y est apparue à sa surface en moins d'un milliard d'années. Depuis ce temps, la biosphère de la Terre a grandement modifié l'atmosphère et d'autres conditions abiotiques. La photosynthèse oxygénique a créé, en plus de 3 milliards d'années, l'atmosphère d'oxygène et d'azote qui existe aujourd'hui. Ce changement a permis la prolifération d'organismes aérobies tout comme la formation de la couche d'ozone qui, avec le champ magnétique de la Terre, filtre les radiations venant de l'espace, permettant ainsi la vie sur Terre.
La surface externe de la Terre est divisée en plusieurs segments rigides, ou plaques tectoniques, qui migrent graduellement sur la surface sur une durée de plusieurs millions d'années. Environ 71 % de la surface est couverte d'océans d'eau salée, le reste 29 % consistant en continents et îles. L'eau liquide, nécessaire pour la forme de vie telle que nous la connaissons, est présente sur la Terre, et aucune autre planète n'a encore été découverte avec des étendues d'eau liquide (lacs, mers, océans) à sa surface.
L'intérieur de la Terre est composé d'une couche de magma, le manteau terrestre formé de roches (oxydes métalliques) à hautes températures (plus de 1200 °C), d'un noyau externe liquide qui génère le champ magnétique et d'un noyau interne, ces deux noyaux étant composés d'un mélange de fer et de nickel.
La Terre interagit avec des objets de l'espace, incluant le Soleil et la Lune.
La Terre tourne autour du Soleil en 365,26 jours, avec comme repère le ciel étoilé (valeur arrondie à un jour de 24h). Cependant si on mesure cette même période avec la rotation sidérale de la Terre (qui est de 23h 56min) l'année sidérale est égale à 366,26 jours sidéraux.
Dans les calculs d'années, on utilise la valeur 1 année est égale à 365,25 jours.
L'axe de rotation de la Terre est incliné de 23,4° par rapport à un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique, ce qui produit l'alternance des saisons sur la surface du globe. Le seul satellite naturel connu de la Terre, la Lune, qui commença à orbiter il y a plus de 4,53 milliards d'années, crée les marées, stabilise l'axe de rotation de la Terre et ralentit la rotation de la planète. Un large bombardement de comètes durant les premiers temps de la planète a joué un rôle important dans la formation des océans. Plus tard, les impacts d'astéroïdes ont causé de nombreux changements sur l'environnement à la surface. Des changements périodiques à long terme de l'orbite de la Terre, causés par l'influence gravitationnelle des autres astres, sont probablement une des causes des glaciations qui ont couvert une bonne partie de la planète.
La Terre ainsi que les autres planètes du système solaire se sont formées il y a 4,57 milliards d'années à partir d'une nébuleuse solaire, masse de poussières et de gaz en forme de disque détachée du Soleil en formation. Initialement en fusion, la couche externe de la Terre s'est refroidie pour former une croûte solide et l'eau a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère. La Lune s'est formée peu de temps après, sans doute à la suite d'une collision avec un objet de la taille de Mars (quelquefois appelé Théia). Une partie de cet objet se serait agglomérée avec la Terre, tandis qu'une autre portion, mêlée avec peut-être 10 % de la masse totale de la Terre, aurait été éjectée dans l'espace, où elle aurait formé la Lune.
L'activité volcanique a produit une atmosphère primitive. De la vapeur d'eau condensée, mêlée à de la glace apportée par des comètes, a produit les océans. On suppose qu'une activité chimique intense dans un milieu hautement énergétique a produit une molécule capable de se reproduire, il y a environ 4 milliards d'années. La vie elle-même serait apparue 500.000 ans plus tard.
L'apparition de la photosynthèse met ensuite l'énergie solaire au service de la vie. Il en résulte en effet à la fois une accumulation d'oxygène dans l'atmosphère, favorisant la vie animale, et le développement d'une couche d'ozone[7] dans la haute atmosphère, protégeant la surface de la planète de l'agression des rayons ultraviolets. Dans ce nouveau cadre la vie évolue de plus en plus vite vers des formes toujours plus complexes.
La surface du globe se transforme continuellement, sur des périodes de plusieurs centaines de millions d'années. Des continents ou supercontinents se forment puis se divisent. C'est ainsi qu'il y a environ 750 millions d'années, le plus vieux des supercontinents connus, Rodinia, commença à se disloquer. Les continents entre lesquels il s'était divisé se recombinèrent plus tard pour former Pannotia, il y a 650-540 millions d'années, puis finalement Pangée, au Permien, qui se fragmenta il y a 180 millions d'années.
Depuis les années 1960, de nombreuses hypothèses ont été émises dont une qui affirme qu'une (ou une série) de grande(s) glaciation(s) eut lieu il y a 750 et 580 millions d'années, pendant la Néoprotérozoïque, et qui couvrit la planète d'une couche de glace. Cette hypothèse a été nommée Snowball Earth (Terre Boule de Neige), et est d'un intérêt particulier parce qu'elle précède l'explosion cambrienne, quand des formes de vies multicellulaires commencèrent à proliférer.
À la suite de l'explosion cambrienne, il y a 535 millions d'années, 5 extinctions massives eurent lieu. La dernière extinction majeure date de 65 millions d'années, quand une présumée météorite est entrée en collision avec la Terre, exterminant ainsi les dinosaures et d'autres grands reptiles, épargnant de plus petits animaux comme les mammifères, oiseaux, lézards… Dans les 65 millions d'années qui se sont écoulées depuis, les mammifères se sont diversifiés, et il y a quelques millions d'années, un être ressemblant à un singe en Afrique a développé l'aptitude de se tenir droit. Ceci lui permit l'emploi d'outils et encouragea la communication que demandait nutrition et stimulation pour un cerveau plus développé. Le développement de l'agriculture, et ensuite des civilisations, permit aux humains de modifier la surface de la Terre dans une courte période de temps, comme aucune autre espèce avant lui ; affectant la nature tout comme les autres formes de vies.
Composition et structure [modifier]
La Terre est une planète tellurique, ou en d'autres mots une planète solide, contrairement aux géantes gazeuses comme Jupiter.
Il s'agit de la plus grande des quatre planètes telluriques, que ce soit en termes de grandeur ou masse. De ces quatre planètes, la Terre a aussi la plus grande densité, la plus forte gravité et le plus puissant champ magnétique.
Forme [modifier]
La forme de la Terre est une ellipsoïde, une forme ronde légèrement aplatie aux pôles. Le diamètre approximatif de référence est de 12 742 km.
La rotation de la Terre crée un léger bourrelet équatorial, ce qui fait en sorte que le diamètre à l’équateur est 43 km plus long que le diamètre polaire (du pôle Nord au pôle Sud). Les plus grandes dénivellations du sol de la Terre sont le Mont Everest (8 848 m au dessus du niveau de la mer) et la fosse des Mariannes (10 911 m sous le niveau de la mer). Par contre, à cause de l’aplatissement, l’objet le plus éloigné du cœur de la Terre est en fait le volcan Chimborazo en Équateur.
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Composition chimique [modifier]
| Oxyde | Pourcentage |
|---|---|
| SiO2 | 59.71 |
| Al2O3 | 15.41 |
| CaO | 4.90 |
| MgO | 4.36 |
| Na2O | 3.55 |
| FeO | 3.52 |
| K2O | 2.80 |
| Fe2O3 | 2.63 |
| H2O | 1.52 |
| TiO2 | 0.60 |
| P2O5 | 0.22 |
| total | 99.22 |
La masse de la Terre est d'approximativement 5,98×1024 kg. Elle est composée principalement de fer (32,1 %), d'oxygène (30,1 %), de silicium (15,1 %), de magnésium (13,9 %), de soufre (2,9 %), de nickel (1,8 %), de calcium (1,5 %) et d'aluminium (1,4 %), le 1,2 % restant consistant en de légères traces d'autres éléments. À cause de l'attirance des éléments plus lourds vers le centre de gravité de la Terre, le cœur de la Terre est cru être composé majoritairement de fer (88,8 %), avec une plus petite quantité de nickel (5,8 %), de soufre (4,5 %) et moins d'1 % d'autres éléments.
Le géochimiste F. W. Clarke a calculé que 47 % de la croûte terrestre est faite d'oxygène présent principalement sous forme d'oxydes, dont les principaux sont les oxydes de silicium, aluminium, fer, calcium, magnésium, potassium et sodium. La silice est le constituant majeur de la croûte sous forme de pyroxénoïdes, les minéraux les plus communs des roches magmatiques et métamorphiques. Après une synthèse basée sur l'analyse de 1672 types de roches, Clarke a obtenu les pourcentages suivants de composition en masse :
Structure géologique [modifier]
Article détaillé : Structure interne de la Terre.
A : Discontinuité de Mohorovicic,
B : Discontinuité de Gutenberg,
C : Discontinuité de Lehmann.
La Terre est constituée de plusieurs couches internes identifiables à peu près concentriques : la croûte terrestre (océanique ou continentale), le manteau supérieur, le manteau inférieur, le noyau externe et interne. La lithosphère est constituée de la croûte et de la zone supérieure du manteau supérieur. L'asthénosphère est la zone inférieure du manteau supérieur (en dessous de la lithosphère).
La croûte terrestre de la Terre est relativement jeune, par rapport à la Terre elle-même. Pendant la période relativement courte de 500 millions d'années environ où l'érosion et les processus tectoniques ont détruit, puis recréé la plupart des couches superficielles de roches à la surface de la Terre, la presque totalité des traces de l'histoire géologique de sa surface (cratères d'impact, par exemple) ont disparu.
Plus de 99 % de la surface terrestre aurait moins de 2 milliards d'années.
Cette structure est connue au moyen de l'étude de la propagation des ondes sismiques entre une source et différents points de la surface terrestre.
La vitesse d'une onde sismique change en effet assez brutalement au passage entre deux couches de composition ou phase minérale différentes. Ces limites ont parfois reçu des noms particuliers, tels que la discontinuité de Mohorovicic, la discontinuité de Lehmann ou la discontinuité de Gutenberg.
La constitution de la Terre s'explique par son mode de formation, par accrétion de météorites, qui a produit une stratification en phase fluide par masse volumique décroissante depuis les couches internes vers les couches externes.
La plus grande partie de la chaleur interne de la Terre (87 %), est produite par la radioactivité des roches qui constituent la croûte terrestre : Radioactivité naturelle produite par la désintégration de l'uranium, du thorium et du potassium.
Plaques tectoniques [modifier]
Selon la théorie de la tectonique des plaques, la partie supérieure de l'intérieur de la Terre est composé de deux couches : la lithosphère, comprenant la croûte, et la partie solide du manteau. Au-dessous de la lithosphère se trouve l'asthénosphère, qui forme le cœur du manteau. L'asthénosphère ressemble à du liquide extrêmement chaud et visqueux.
La lithosphère flotte essentiellement sur l'asthénosphère et est brisée en pièces qui sont appelées plaques tectoniques. Ces plaques sont des segments rigiques qui bougent en relation avec les autres de trois façons : en convergence, en divergence, et par transcurence. C'est ainsi que sont créés les tremblements de terre, l'activité volcanique ainsi que les montagnes.
Certaines plaques ont une plus petite superficie comme la plaque indienne, la plaque arabique, la plaque caraïbe et la plaque de Nazca à l'ouest de la côte de l'Amérique du Sud. La plaque australienne s'est fusionnée quelque peu à la plaque indienne il y a 50 à 55 millions d'années. Les plaques les plus rapides dans leur mouvement sont les plaques océaniques, bougeant à environ 70 millimètres par an. À l'opposé, la plaque la plus lente est la plaque eurasienne, progressant à environ 21 millimètres par an.
Les plaques principales sont :
| Carte | Nom de la plaque | Aire totale, en (106 km2) | Couvre |
|---|---|---|---|
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| Plaque africaine | 61.3 | Afrique | |
| Plaque antarctique | 60.9 | Antarctique | |
| Plaque australienne | 47.2 | Australie | |
| Plaque eurasienne | 67.8 | Asie et l'Europe | |
| Plaque nord-américaine | 75.9 | Amérique du Nord et Nord-Est de la Sibérie | |
| Plaque sud-américaine | 43.6 | Amérique du Sud | |
| Plaque pacifique | 103.3 | Océan Pacifique |
Forme de la Terre [modifier]
La conception sphérique de la Terre remonte à l'antiquité grecque, vers le Ve siècle av. J.-C., et plus spécifiquement aux pythagoriciens. On retrouve cette conception chez Parménide, Platon ou Aristote. Au IIIe siècle av. J.-C., Ératosthène donna une estimation du rayon terrestre que nous supposons[13] très proche de la réalité, ainsi que Posidonios, au Ie siècle av. J.-C.. Le géographe Ptolémée fournit au IIe siècle des informations géographiques qui furent utilisées jusqu'à la Renaissance.
La civilisation arabo-musulmane conserva la connaissance d'une Terre sphérique et au IXe siècle, le Calife Al-Mamun, à Bagdad, fit procéder à une mesure d'une partie d'un méridien, conduisant à une bonne approximation de la circonférence de la Terre. Dans le monde chrétien, cette idée fut parfois remise en cause, par exemple au VIe siècle par Cosmas Indicopleustès. En effet, les Pères de l'Église ne pouvaient concilier la vision du monde sphérique d'Aristote constitué de deux zones polaires et deux zones tempérées, séparées par une zone torride infranchissable, avec l'universalité du message du Christ, ce message ne pouvant parvenir à d'hypothétiques[14] habitants des antipodes. Jusqu'au XIIe siècle, on s'attacha donc à représenter le monde sous forme symbolique, mais des philosophes ou des religieux tels Isidore de Séville, Bède le Vénérable, Jean Scot Erigène, Gerbert d'Aurillac, Thomas d'Aquin, Albert le Grand ou Roger Bacon avaient très bien intégré la représentation sphérique. Vers 1150, le livre De imagine mundi, dont l'auteur présumé est Honorius d'Autun, décrit l'univers de façon plus mythologique que scientifique, mais dans lequel la Terre est une sphère d'environ 35 000 km de circonférence. Charlemagne est d'ailleurs représenté sur quelques enluminures comme tenant à la main une représentation d'un petit globe terrestre surmonté d'une croix.
Les récits de voyages de missionnaires, de Marco Polo et de l'explorateur Jean de Mandeville (avec son Livre des merveilles du monde) diffusaient dans la société l'image d'une terre sphérique, qui pouvait théoriquement faire l'objet d'une « circumnavigation ». L’Imago mundi du cardinal Pierre d'Ailly retenait cette représentation sphérique. On sait que Christophe Colomb a été influencé par le Livre des merveilles du monde de Mandeville, et qu'il possédait un exemplaire de l’Imago mundi abondamment annoté et commenté par ses soins. En sous-estimant grandement le rayon terrestre et en imaginant un continent asiatique trois fois plus étendu vers l'Est qu'il ne l'est en réalité, Colomb a pu envisager de façon raisonnable la possibilité de rejoindre les Indes par l'Ouest. Une connaissance plus précise des distances aurait découragé toute tentative de traversée de l'Océan avec les moyens de l'époque.
Les voyages des Portugais dès le début du XVe siècle pour rejoindre les Indes en contournant l'Afrique, la redécouverte des textes grecs à la Renaissance, en particulier la Géographie de Ptolémée, leur diffusion au moyen de l'imprimerie ont également largement contribué à propager les représentations modernes de la Terre, avec le Nord vers le haut des cartes, les méridiens, les parallèles, l'équateur et les deux tropiques. Le plus ancien globe terrestre connu est fabriqué par Martin Behaim vers la fin du XVe siècle, peu avant que Vasco de Gama, Christophe Colomb ou Magellan entreprennent leurs voyages. On y voit l'Europe, l'Afrique et l'Asie, mais bien entendu, ni les Amériques, ni l'Océanie.
Mercator a, en dessinant ses cartes, mentionné et dessiné un énorme continent austral : Terra incognita australis (terre australe (du sud) inconnue). Cette « terre australe inconnue » a été dessinée au Sud car Mercator pensait, à la suite des Grecs, que sans ce poids la Terre n'était pas équilibrée. Les réflexions et travaux en géographie (relevés cartographiques, projection de Mercator) au XVIe siècle ont permis de faire évoluer la connaissance de la Terre.
C'est au XVIIIe siècle que l'aplatissement des pôles est reconnu, avec les expéditions menées au Pérou et en Laponie.
Atmosphère [modifier]
La Terre est entourée d'une enveloppe gazeuse qu'elle retient par attraction gravitationnelle : l'atmosphère. Cette atmosphère donne à la planète un reflet bleuté depuis l'espace, d'où son surnom de « planète bleue ». La constitution et la densité de l'atmosphère sont telles que la lumière incidente du Soleil et la lumière réfléchie par les continents et les mers sont diffractées ; donnant sa couleur au ciel, et par réflexion, aux étendues d'eau.
Constitution [modifier]
Cette enveloppe, dont la masse globale est de l'ordre de 5×1018 kg (un millionième de la masse de la Terre), est contenue à 99 % dans les 30 premiers kilomètres (50 % dans les 5 premiers kilomètres).
La basse atmosphère (du niveau de la mer jusqu'à environ 45 km) est composée de gaz « permanents », gaz dont les proportions restent constantes, et de gaz de concentration variable avec l'altitude.
- L'azote, l'oxygène et l'argon constituent, en volume, 99,997 % des gaz permanents (voir tableau ci-dessus) ; le brassage vertical de l'air permet de conserver une répartition constante à tous les niveaux, même pour les gaz les plus légers, tels que l'hélium ou l'hydrogène.
- Les gaz à concentration variable sont essentiellement la vapeur d'eau H2O ; et dans une moindre mesure le dioxyde de carbone CO2, le dioxyde de soufre SO2 et l'ozone O3.
L'atmosphère terrestre peut être considérée, à un instant donné, comme un mélange thermodynamique d'air sec et de vapeur d'eau.
Les particules liquides, solides, liquides ou mixtes en suspension dans l'atmosphère constituent l'aérosol atmosphérique.
Ces particules jouent un rôle primordial dans les phénomènes de condensation (nuages) et de formation de cristaux de glace, ainsi qu'à différents processus physico-chimiques dans l'atmosphère. Leur concentration varie de plusieurs puissances de 10 (de plusieurs ordres de grandeurs) en fonction du lieu et du temps ; en concentration élevée, elles constituent un facteur de pollution. Les particules se classent en :
- particules d'Aitken : 1 nm < d < 0,1 µm
- grosses particules : 0,1 µm < d < 5 µm
- particules géantes : 5 µm < d < 50 µm environ
L'atmosphère atténue de façon importante le rayonnement solaire reçu au sol ; suivant l'importance de la couverture nuageuse, le sol reçoit de 68 % à 28 % (ou moins) du rayonnement solaire parvenant à l'atmosph&egrav
