Histoire de la Terre

La planète Terre, photographiée en 1972.

L'histoire de la Terre couvre approximativement 4,6 milliards d'années (4 567 000 000 années), depuis la formation de la Terre à partir de la nébuleuse solaire jusqu'à maintenant.

Origine

Une vue d'artiste du disque protoplanétaire.

Articles détaillés : Formation et évolution du système solaire et Âge de la Terre.

L'âge de l'Univers est estimé à approximativement 13,7 milliards d'années^[1]. 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'atome de deutérium (hydrogène lourd : ²H), 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 avec l'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^[2]. 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.

Il y a quatre milliards et demi d'années, une énorme étoile encore jeune s'est désintégrée en une supernova. Cette explosion a donné naissance au soleil. L'effondrement gravitationnel provoqué par cette explosion a produit des éléments microscopiques qui se sont mis en orbite autour du soleil. Ces éléments sont essentiellement constitués de particules de glace et de poussières. Par la suite, il y a eu agglomération des éléments qui ont produit des pierres, qui ont ensuite produit des rochers(astéroïdes). En effet, les particules qui entrent en collision sont maintenues ensemble par la force gravitationnelle. Les rochers ont donc tendance à devenir de plus en plus énormes à force d'entrer en collision avec d'autres rochers. 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. ^[3]

La Lune

Animation (qui n'est pas à l'échelle) de Théia qui se forme au point de Lagrange de la Terre, puis, perturbée par la gravité, entre en collision et aide à la formation de la Lune. L'animation progresse au rythme d'une année par image, donnant l'impression que la Terre ne bouge pas. La vue est prise du pôle sud.

Article détaillé : 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 déstabilisé 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 milliard d'années^[4], 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 les matériaux et éjections restantes 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^[5]. À cette époque, la Lune orbite plus rapidement et à une distance 15 fois moindre qu'aujourd'hui^[6]. 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^[6], et initié la tectonique des plaques de la planète.

L'éon Hadéen

Les éruptions volcaniques auraient été courantes dans les temps qui ont suivi la formation de la Terre.

Article détaillé : Hadéen.

La jeune Terre, durant l'éon 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 la planète entière en état de fusion. Les éléments les plus lourds s'enfoncent au centre pendant que les plus légers montent à la surface, formant les différentes enveloppes de la Terre (voir « Structure interne de la Terre ») et produisant ainsi de la chaleur supplémentaire.

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]. De 4 à 3,8 milliards d'années avant notre ère, la Terre connaît une période de grand bombardement tardif^[8], 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 conduisent à la formation des océans il y a 4,2 milliards d'années^[9],[10].

Les débuts de la vie

Le réplicateur pour pratiquement toute forme de vie connue est l'acide désoxyribonucléique. L'ADN est bien plus complexe que le réplicateur originel et ses systèmes de réplication sont extrêmement élaborés.

Article détaillé : Origines de la vie.

Les origines de la vie, qui remonteraient à environ 3,5 à 3,8 milliards d'années, demeurent incertaines. Il existe trois principales hypothèses expliquant l'origine des premières molécules organiques :

• La condensation sur surfaces minérales.
• Les sources hydrothermales au fond des océans.
• L'origine extraterrestre primitive, appelée "exogenèse" (qui ne fait que repousser l'origine ailleurs mais n'en explique pas les mécanismes).

Dans les deux premières hypothèses, 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

Article détaillé : Cellule (biologie).

La dates d'apparition exacte de la première cellule n'est pas connue par les scientifiques. Le plus anciens fossiles de cellules connues sont les stromatolithes datées de 3.5 milliard d'années.

Les scientifiques ont retrouvé des micro organismes fossiles dans les roches d'Isua au Groenland datées de 3,8 milliards d'années. Mais il n'est pas certain que ce ne soit pas 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) datés de 2 Ga
• microfossiles de Bitter Springs (Australie) datés de 850 Ma

Une petite section d'une membrane de cellule. Cette membrane de cellule moderne est bien plus sophistiquée que la simple phospholipide à deux couches originelles (les petites sphères à deux queues). Protéines et glucides ont plusieurs fonctions de régulation du passage de matériau à travers la membrane et de réaction à l'environnement.

Photosynthèse et oxygène

L'utilisation de l'énergie du Soleil a conduit à plusieurs changements majeurs de la vie sur Terre.

Article détaillé : Photosynthèse.

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Endosymbiose et les trois domaines de la vie

Quelques-uns des chemins par lesquels les différents endosymbiotes peuvent être apparus.

Article détaillé : Endosymbiose.

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Pluricellularité

Volvox aureus est considéré comme un organisme similaire aux premières plantes pluricellulaires.

Article détaillé : Évolution de la pluricellularité.

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Colonisation de la terre

Pour l'essentiel de l'histoire de la Terre, il n'y a pas eu d'organismes pluricellulaires sur terre. Des parties de sa surface peuvent avoir vaguement ressemblé à cette vue de Mars, une des planètes voisines de la Terre.

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Humanité

Article détaillé : Histoire de l'humanité.

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L’Homo sapiens moderne apparaît en Afrique il y a quelque 200 000 ans.

Australopithecus africanus, un des premiers hominidés.

Civilisation

Article détaillé : Civilisation.

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Événements récents

Quatre milliards et demi d'années après la formation de la planète, une des formes de vie de la Terre quitte la biosphère.
Pour la première fois dans l'histoire, la Terre fut observée directement depuis l'espace.

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Voir aussi

• 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

1. ↑ New Image of Infant Universe Reveals Era of First Stars, Age of Cosmos, and More, NASA, 11 février 2003
2. ↑ Eric J. Chaisson, Solar System Modeling, Tufts University, 2005
3. ↑ L'Univers et Ses Mystères, de Tony Long, Flight 33 productions, 2007, ép. Épisode 6 (« La Terre, Notre Vaisseau Spatial »)
4. ↑ 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
5. ↑ G. Jeffrey Taylor, Origin of the Earth and Moon, NASA, 26 avril 2004
6. ↑ ^{a et b} Reportage vidéo SuperScience 2 - "La Lune et ses mystères" daté de 2005.
7. ↑ Alfvén Hannes, Gustaf Arrhenius, Evolution of the Solar System, National Aeronautics and Space Administration, 1976
8. ↑ Robert Roy Britt, Evidence for Ancient Bombardment of Earth, Space.com, 24 juillet 2002.
9. ↑ 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)
10. ↑ Edward Young, Executive Summary 2005, 4 juillet 2005.