Conditions de Vie sur Terre

Introduction

Visionnage d'une petite vidéo:

On découvre régulièrement des planètes qui ressemblent à la Terre, mais dans d'autres systèmes. Pourraient-elles abriter la Vie? Qu'est-ce qui caractérise l'ensemble des organismes vivants? Pourquoi la Vie est-elle présente sur Terre? Voilà les premières questions que nous allons aborder cette année.

Situation:

La Terre est la troisième planète du système solaire. Elle gravite autour d’une étoile : le Soleil. Elle présente la particularité d’abriter la vie. Nous cherchons à comprendre quels sont les paramètres physico‐chimiques qui la rendent si singulière et qui ont permis l’apparition de la vie.

 Problématique :

Proposer une démarche permettant de comprendre quels sont les paramètres physico‐chimiques qui la rendent si singulière et qui ont permis l’apparition de la vie.

Une solution collaborative

Par comparaison avec les autres planètes du système solaire, on cherche les caractéristiques de la Terre qui peuvent expliquer la présence de vie.

 Document réponse selon votre groupe :  https://framacalc.org/plan%C3%A8tes_2de8gA ou https://framacalc.org/plan%C3%A8tes_2de8gB

 Pour compléter ce dossier vous disposez de plusieurs réponses:

Analyse du tableau de comparaison des planètes

A SAVOIR!

Caractéristiques des planètes telluriques

  • on trouve 4 planètes telluriques : Mercure, Vénus, la Terre et Mars
  • elles sont proches du soleil (< 225 millions de km), de faible diamètre (< 12 800 km)
  • elles ont une forte densité (> 3) car sont de nature rocheuse
  • leur composition chimique majoritaire : fer, oxygène, magnésium, nickel
  • leur pression atmosphérique est stable (très faible sur Mercure, très élevée sur Vénus)

Caractéristiques des planètes gazeuses

  • on trouve 4 planètes gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune
  • elles sont éloignées du soleil, de grand diamètre : « planètes géantes »
  • elles ont une faible densité (< 3) car sont de nature gazeuse
  • leur composition chimique majoritaire : hydrogène, hélium
  • leur pression atmosphérique est variable.

Particularités de la Terre:

La Terre est la seule planète du système solaire possédant de l'eau liquide à sa surface.

Quels sont les paramètres permettant la présence d'eau liquide sur Terre ?

 

Mercure

Vénus

Terre

Mars

Distance au soleil (km)

5,8x107

1,08x108

1,5x108

2,3x108

Température moyenne de surface (°C)

moy=169°C, min=-183°C, max=427°C

moy=462°C, min=446°C, max=490°C

moy=15°C, min=-93°C, max=56°C

 moy=-63°C, min=-143°C, max=35°C

Pression atmosphérique (Pa)

10-9

9,3x106

1x105

6,3x102

 

 

Quels sont les paramètres permettant la présence d'eau liquide sur Terre?

L'analyse du graphique de phase de l'eau permet de répondre (voir post précédent)

--> la pression atmosphérique

--> La température de surface

Nom des changements d’états

Paramètres influençant la température sur Terre

Etude des paramètres déterminant la température de surface d’une planète

On cherche à comprendre de quoi dépend l’intensité lumineuse (et donc la température) de surface d’une planète

Hypothèses des élèves:

  • La distance au soleil influence la température.
  • la pression atmosphérique la température.

Proposition d'un modèle

rappel un modèle est la représentation du réelle (maquette, programme informatique) afin de mieux le comprendre. Les scientifiques font sur ce modèle des mesures

  • Les élèves ont proposé des modèles permettant de mesurer la température en fonction de la distance à une source de chaleur. Ici  2 appareils de mesures ont été utilisés: une règle pour la distance et un photomètre pour l'intensité lumineuse.
  • Exemple de courbe obtenue:

Résultat: On observe que la température décroit rapidement avec la distance à la source de chaleur. (Décroissance non linéaire, mais exponentielle décroissante pour les matheux)

Notre modèle explique-t-il la température des planètes ?

La distance n’est pas un paramètre suffisant pour expliquer la température d’une planète. En effet, sur Vénus (2eme point de l acourbe ci-dessus), la température est bien plus élevée que la température attendue.

Quel autre paramètre peut entrer en jeu ?

Sur Vénus, la température est particulièrement élevée, or on remarque que la pression atmosphérique est elle aussi très forte.

  • Importance de l’atmosphère

La présence d’une atmosphère contenant des gaz à effet de serre implique un réchauffement de la température de la planète.

QCM sur ENT

En simplifiant: les gaz qui composent l’atmosphère stockent une partie des rayons infra-rouges renvoyés par la surface de la planète. La température de surface augmente donc. C’est un phénomène naturel qui est actuellement amplifié par les rejets de GES par les Hommes : CO2, CH4 notamment.

Si pas d’atmosphère sur Terre, la température serait de -18°C. L’effet de serre permet de maintenir une température de 15°C

  • Paramètres déterminants la pression de surface d’une planète

Toutes les planètes du système solaire, à l’exception de Mercure, ont une atmosphère constituée de molécules de gaz. Parmi les planètes telluriques (rocheuses), la Terre et Vénus possèdent une atmosphère épaisse alors que celle de Mars est ténue.

On cherche :

  • Quelles sont les conditions qui ont permis à une planète de conserver une atmosphère ?
  • à expliquer les compositions différentes de ces atmosphères.

La vitesse de libération d’une molécule est la vitesse minimale qu’il faut lui donner pour qu’elle puisse échapper à l’attraction de la planète. Sans chercher à rentrer dans les détails, la vitesse de libération d’une molécule dépend de la distance de la molécule au centre de la planète r, de la masse de la planète M et de son champ de gravité G est peut-être calculée grâce à la formule 

 

Mercure

Terre

Mars

Jupiter

Présence d’une atmosphère et caractéristiques

non

oui

épaisse

oui

peu épaisse

 

oui

épaisse

Principaux gaz de l’atmosphère

 

78% N2

21%O2

95,3% CO2

3%N2

78% H2

20%He

Masse de la planète (kg)

3.30 .1023

5.97 .1024

6.42 .1023

1.90 .1027

Température moyenne au sol (en Kelvins)

343.15

288.15

238 .15

128.15

Rayon de la planète (en km)

2439

6378

3397

71998

Vitesse de libération (km.s-1)

A calculer

A calculer

A calculer

A calculer

 

Les gaz sont donc maintenus à proximité d’une planète en fonction sa masse et de leur nature.

Ci-dessous, la vitesse de certians gaz en fonction de la planète à proximité de laquelle ils se trouvent (elle dépend de la température de la planète):

Résultat du calcul des vitesses de libération des molécules

(km.s-1)

 

Terre

Mars

Jupiter

N2

5.3

4.4

3.5

CO2

4.2

3.5

2.8

He

14.1

11.7

9.2

H2

19.9

16.6

13.0

 

Il devient aisé de savoir quels gaz sont maintenus à proximité d'une planète

 

La Terre possède une atmosphère, une enveloppe gazeuse maintenue à la surface de la Terre grâce à l’attraction terrestre, c’est-à-dire grâce à la masse de la Terre.

Je dois savoir :

  • Les notions
  • Expliquer le principe de l’effet de serre à rien à voir avec la couche d’ozone
  • Que les gaz sont des molécules chimiques qui se déplacent rapidement (qques km/s)
  • Que le CO2 et le CH4 sont des gaz à effet de serre (ils participent au réchauffement de la planète)

Je dois savoir-faire :

  • Appliquer une formule mathématique simple
  • Répondre à un QCM simple à partir d’une vidéo
  • Me servir de l’ENT pour accéder à un QCM

 

Conclusion : Notion de zone d’habitabilité

Finalement, les scientifiques définissent une zone d'habitabilité (Hart 1979 : zone permettant la présence d'eau liquide sur la planète. Graphique excel