Lycée · 1ʳᵉ · Spécialité SVT
Histoire de la Terre et des êtres vivants
Chronologie de l'histoire de la Terre, des premières traces de vie aux grandes crises biologiques (La Terre, une planète active — programme de 1re spécialité SVT)
À propos de cette page
La formation de la Terre et des premières enveloppes
La Terre s'est formée il y a environ 4,6 milliards d'années (Ga) par accrétion de matière autour du Soleil naissant. Lors de cette accrétion, la libération d'énergie cinétique et les bombardements météoritiques intenses ont maintenu la Terre à l'état liquide (« magma océan »).
Le dégazage du manteau par le volcanisme primitif a libéré des gaz (H₂O, CO₂, N₂, SO₂) qui ont formé une atmosphère primitive très différente de l'atmosphère actuelle — notamment dépourvue de dioxygène libre (O₂). La condensation de la vapeur d'eau a donné naissance aux océans primitifs vers −4,4 Ga (premiers zircons). L'apparition progressive de l'O₂ atmosphérique sera le fruit de l'activité photosynthétique des cyanobactéries à partir de −2,7 Ga environ.
L'échelle des temps géologiques
Pour représenter les 4,6 milliards d'années de l'histoire de la Terre, les géologues utilisent une échelle des temps géologiques qui divise le temps en unités hiérarchisées : éons → ères → périodes → époques.
| Unité | Exemples | Durée approximative |
|---|---|---|
| Éon | Hadéen, Archéen, Protérozoïque, Phanérozoïque | 500 Ma à 2 Ga |
| Ère | Paléozoïque, Mésozoïque, Cénozoïque | 50–300 Ma |
| Période | Cambrien, Jurassique, Crétacé, Quaternaire… | 5–50 Ma |
| Époque | Pléistocène, Holocène | 0,1–20 Ma |
Datation relative : stratigraphie et biostratigraphie
La datation relative permet de classer des événements géologiques dans l'ordre chronologique (avant/après) sans donner de date chiffrée en années.
- Superposition : dans une série sédimentaire non perturbée, une couche est plus récente que la couche qui se trouve en dessous.
- Continuité : une couche sédimentaire est présumée s'étendre latéralement avec le même âge.
- Recoupement : toute structure (faille, intrusion) est plus récente que les roches qu'elle recoupe.
- Inclusion : un élément contenu dans un autre lui est antérieur.
La biostratigraphie utilise les fossiles stratigraphiques pour dater et corréler des couches éloignées. Un bon fossile stratigraphique doit :
- Avoir vécu peu de temps (faible durée d'existence de l'espèce dans le temps géologique).
- Avoir été très abondant et répandu géographiquement.
- Présenter des caractères morphologiques faciles à reconnaître.
Datation absolue : la radiochronologie
La datation absolue (ou radiochronologie) permet d'obtenir l'âge d'une roche ou d'un fossile en millions d'années grâce à la désintégration d'isotopes radioactifs. Un isotope radioactif (« parent ») se transforme spontanément en un isotope stable (« fils ») à une vitesse constante.
$$N(t) = N_0 imes \left( rac{1}{2} ight)^{t/T_{1/2}} = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$$
avec $\lambda = rac{\ln 2}{T_{1/2}}$ la constante de désintégration.
| Couple isotopique | $T_{1/2}$ | Application |
|---|---|---|
| $^{14}$C → $^{14}$N | 5 730 ans | Datation de matière organique récente (≤ 50 000 ans) |
| $^{40}$K → $^{40}$Ar | 1,25 Ga | Roches magmatiques, minéraux (Terre entière) |
| $^{87}$Rb → $^{87}$Sr | 48,8 Ga | Roches très anciennes (croûte continentale) |
| $^{238}$U → $^{206}$Pb | 4,47 Ga | Zircons, roches les plus anciennes |
Principe de calcul de l'âge : on mesure le rapport $ rac{N_{ ext{fils}}}{N_{ ext{parent}}}$ dans la roche (par spectrométrie de masse), puis on applique la loi exponentielle pour en déduire $t$.
Les premières traces de vie : des procaryotes aux eucaryotes
La vie est apparue très tôt dans l'histoire de la Terre. Les plus anciennes traces de vie connues datent d'environ 3,8 Ga : ce sont des microfossiles et des stromatolites fossiles.
La vie est d'abord exclusivement procaryote (cellules sans noyau membranaire) pendant près de 2 milliards d'années. Les eucaryotes (cellules avec noyau et organites) apparaissent vers −2,1 à −1,8 Ga. Leur origine est expliquée par la théorie de l'endosymbiose : des procaryotes auraient été englobés par d'autres cellules, donnant naissance aux mitochondries et aux chloroplastes.
Les organismes pluricellulaires apparaissent vers −1 Ga. L'explosion cambrienne (−541 Ma) marque une diversification rapide et spectaculaire des plans d'organisation animaux : la plupart des embranchements actuels (arthropodes, mollusques, échinodermes, vertébrés…) sont représentés dès le Cambrien.
La biodiversité au fil du temps : apparitions et radiations
La biodiversité ne croît pas de façon régulière : elle connaît des périodes de radiation (diversification rapide) et des crises (extinctions). On estime qu'à l'échelle de toute l'histoire de la vie, plus de 99 % des espèces ayant jamais existé sont aujourd'hui éteintes.
Principales innovations évolutives au cours du temps :
- Cambrien (−541 Ma) : explosion cambrienne, diversification des animaux à squelette.
- Silurien-Dévonien (−440 à −360 Ma) : colonisation des terres émergées par les plantes vasculaires, puis les tétrapodes.
- Carbonifère (−360 à −300 Ma) : forêts de fougères arborescentes, premiers reptiles.
- Trias (−252 à −200 Ma) : radiation des dinosaures, apparition des mammifères.
- Crétacé (−145 à −66 Ma) : radiation des plantes à fleurs (angiospermes), diversification des insectes.
- Cénozoïque (−66 Ma à auj.) : radiation des mammifères après la disparition des dinosaures.
Les crises biologiques et extinctions de masse
On définit une extinction de masse comme la disparition d'au moins 75 % des espèces sur une période géologiquement courte (quelques milliers à quelques millions d'années). On recense 5 grandes crises dans l'histoire du Phanérozoïque.
| Crise | Âge (Ma) | % extinctions | Causes probables |
|---|---|---|---|
| Ordovicien-Silurien | −443 | ~85 % | Glaciation, baisse du niveau des mers |
| Dévonien supérieur | −375 | ~75 % | Anoxie océanique, volcanisme |
| Permien-Trias | −252 | ~96 % | Trapps de Sibérie (volcanisme massif), réchauffement, anoxie |
| Trias-Jurassique | −201 | ~80 % | Volcanisme (CAMP), désertification |
| Crétacé-Paléogène (K-Pg) | −66 | ~76 % | Impact de Chicxulub + trapps du Deccan |
La biodiversité actuelle, héritière d'une longue histoire
La biodiversité actuelle est le résultat de 3,8 milliards d'années d'évolution, rythmées par des extinctions et des radiations. Chaque organisme vivant porte dans son génome les traces de cette longue histoire (gènes ancestraux, éléments transposables, génomes mitochondriaux).
On distingue aujourd'hui :
- Biodiversité spécifique : nombre d'espèces (~8,7 millions d'espèces estimées sur Terre).
- Biodiversité génétique : variabilité des gènes au sein d'une espèce.
- Diversité des écosystèmes : variété des milieux de vie.
L'histoire évolutive permet de comprendre certaines caractéristiques des êtres vivants actuels : les organes vestigiaux (ex. : les membres postérieurs réduits chez certains cétacés), les phylogénies moléculaires et la conservation des gènes du développement (gènes Hox) entre groupes très éloignés témoignent d'une ascendance commune.
- La Terre s'est formée il y a 4,6 Ga par accrétion ; différenciation interne → noyau, manteau, croûte.
- L'histoire de la Terre est divisée en éons, ères, périodes. Le Précambrien = 88 % du temps géologique.
- Datation relative : stratigraphie (superposition, recoupement) + biostratigraphie (fossiles stratigraphiques).
- Datation absolue : radiochronologie — $N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$ ; choix du couple en fonction de l'âge estimé.
- Premières traces de vie : −3,8 Ga (procaryotes) → eucaryotes (−1,8 Ga) → pluricellulaires (−1 Ga) → explosion cambrienne (−541 Ma).
- 5 grandes crises dans le Phanérozoïque ; la plus sévère = Permien-Trias (−252 Ma, −96 % des espèces).
- Après chaque crise, les survivants colonisent de nouvelles niches : radiation évolutive.
- La biodiversité actuelle est menacée par une possible sixième extinction d'origine anthropique.
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