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Histoire de la Terre et de la Biosphère


Introduction


Ces quelques pages ont l’ambition de résumer l’essentiel des connaissances scientifiques actuelles sur l’histoire ancienne et récente de la biosphère terrestre. Ces connaissances sont largement diffusées sous forme détaillée ou très raccourcie, mais j’ai tenté de ne pas être trop schématique et de montrer les principaux enchaînements d’événements. J’ai aussi cherché à replacer dans leur contexte d’ensemble les épisodes les plus emblématiques et donc les plus connus.

En effet, la Terre et la vie sur Terre ont une histoire, ou plus exactement une histoire très longue avant que les hommes n’y apparaissent (
contrairement à ce que propose la Bible). Cette histoire qu’on a pu retracer à partir d’innombrables travaux n’a pas été facile à faire accepter, mais elle atteint aujourd’hui un degré de cohérence qui fait autorité, en dépit de lacunes sur lesquelles travaille la science.

Si on ne souhaite pas entrer dans trop de détails, ni s’initier à un peu de jargon nécessaire, on pourra se reporter directement au résumé comparatif par contraction du temps que je propose sur cette page. Il donne je l’espère une bonne mesure des échelles de temps, ce qui est le principal.


Formation de la terre et débuts de la vie (avant le Cambrien)


Cette phase, qui se caractérise (une fois passée la formation cataclysmique) par une évolution relativement lente, se compte en millions d’années et correspond à la majeure partie (88%) de l’existence de la Terre tout comme de l’existence de la vie (85%).

La Terre a 4 560 millions d’années. la Lune s'est formée environ 30 millions d’années après la Terre, suite semble-t-il à une collision avec une autre planète de la taille de Mars. La croûte terrestre est globalement stable depuis 4400 millions d’années, et les océans se sont formés « peu » après. Dans cette période, l'atmosphère initiale provient essentiellement des dégazages volcaniques et du cycle de l'eau. Elle est riche en méthane, vapeur d'eau, ammoniac, puis azote, dioxyde de carbone, et composés soufrés. Les températures moyennes, en diminuant peu à peu, deviennent favorables notamment aux réactions chimiques des chaînes carbonées complexes (ce qu’on appelle la chimie organique), rendant possible l’amorce de la vie.

Les moteurs généraux de l'évolution de la vie et de la biodiversité sont à chercher dans :

• la tectonique des plaques (mouvements lents de la croûte solide flottant sur un intérieur visqueux « agité » de mouvements thermiques), qui fait changer lentement la configuration des continents et des mers et qui est associée à des phénomènes volcaniques,
• dans le rayonnement solaire et ses variations liées à la position de la Terre en rotation, rotation par ailleurs sujette à des modifications,
• dans les changements de composition de l'atmosphère (émissions volcaniques, dégazages ou absorptions associés à la température, émissions des organismes vivants) et leurs effets sur le climat (bilan thermique, précipitations, …),
éventuellement dans de gros accidents (météorites) avec des conséquences en cascade (obscurcissement de l’atmosphère, déclenchement de phénomènes volcaniques).
• Il y a surtout des cycles réguliers (mais pas totalement constants), jours, années avec saisons, mouvement des marées, qui font varier périodiquement de façon répétitive et complexe les conditions thermiques et hydriques.

La vie apparaît tôt, dans l’eau, par évolution d'une chimie complexe à base  d'eau, de méthane, de CO2, d'azote et d'ammoniac, présents dans l'atmosphère ou dans les mers. Des concrétions minérales laminées d'origine biologique.appelées stromatolithes, dont on connaît des exemples vivants actuels et dont on a trouvé des exemplaires extrêmement anciens permettent de situer l’apparition de la vie il y a 3800 - 3500  millions d’années. On ne sait pas si cette évolution chimique a été spontanée dans la "soupe primitive" un peu partout, ni quel rôle ont pu jouer des lieux privilégiés comme les sources hydrothermales, ni si elle n’aurait pas été « dopée » par un ensemencement par des chutes de comètes. Quoiqu'il en soit on peut dire que cette auto-organisation procède déjà d'une logique darwinienne transposable à la chimie complexe : la diversité combinatoire et la sélection des formes durables par les conditions extérieures peut favoriser l’existence prolongée des molécules autoréplicantes (comme le sont  l’ARN, et l’ADN) ou encore l’agrégation de vésicules membraneuses capables d'isoler un milieu protégé et susceptible de se multiplier.

Toutefois la vie reste relativement peu « spectaculaire » pendant très longtemps: essentiellement marine et monocellulaire, ou au mieux pluricellulaire peu hiérarchisée, elle est difficile à connaître dans cette phase du fait qu'elle laisse peu de fossiles identifiables. Cette très longue phase du Précambrien est pourtant fondamentale à plusieurs titres :

• La photosynthèse y apparaît très tôt vers 3800 - 3500 millions d’années avec les cyanobactéries qui accumulent des concrétions minérales et enrichissent l’atmosphère en oxygène, au point que vers 2400 millions d’années, l’oxygénation des milieux provoque une crise écologique qui ouvre la voie à des formes de vie adaptée à l’oxygène.
• Pendant toute cette longue période, la température de l'océan décroît peu à peu de 70 °C vers 3500 millions d’années à 20°C vers 800 millions d’années. Cela tient probablement à une réduction de l'effet de serre atmosphérique du fait de la captation de quantités énormes de CO2 dans les calcaires sécrétés par les cyanobactéries. La première glaciation (dite huronnienne) a lieu vers 2200 millions d’années
• Les eucaryotes, cellules complexes à noyau et mitochondries apparaissent peut-être vers 2700 - 2100 millions d’années, attestées vers 1600 millions d’années. Les mitochondries qui procurent l’énergie à la cellule à noyau sont probablement le résultat d’une sorte de symbiose par captation.
• Les premiers multicellulaires attestés datent de 1200 millions d’années, leur reproduction est sexuée, (certains auteurs proposent une apparition antérieure vers 2100 millions d’années)

Vers 800 à 635 millions d’années, La Terre traverse un très long épisode de grand froid et de gel sur presque toute la surface avec une extinction forte (glaciation Varanger).

Au dégel, à la toute fin du Précambrien, la biodiversité commence à augmenter notablement et les premiers êtres vivants macroscopiques se forment. Cette faune dite de l’Ediacarien est difficile à interpréter (mollusques? vers? ) car elle n’a plus de représentants actuels identifiés.

Le Cambrien, la vie complexe, le paléozoïque (ère primaire)

La période Cambrienne (il y a 542 millions d’années, début de l'ère primaire dite aussi Paléozoïque), marque l’éclosion d’une vie macroscopique plus identifiable, dans un contexte de diversification géographique dû à la fragmentation du Gondwana, continent sud unique de l’époque. Apparaissent de nombreux organismes pluricellulaires complexes, des animaux marins à coquilles laissant des fossiles, des coraux, de même que les premiers animaux chordés (dotés d’un axe longitudinal nerveux).

Dans la suite de l’ère primaire (Ordovicien, Silurien, Devonien), la colonisation progressive des milieux continentaux est rendue possible par des dispositifs (enveloppes, filtrage de l’eau, excrétion des surplus) permettant aux organismes de résister à la déshydratation et aux décalages de salinité et de PH du milieu (externe ou interne). Elle s’amorce avec les premières plantes terrestres vers 510 millions d’années, (attestées par des spores vers 470 millions d’années). Les poissons apparaissent, certains colonisent les eaux douces, et on trouve les premiers arthropodes terrestres vers 435 millions d’années. Les résidus de cette importante biomasse sont à l’origine entre autres de dépôts d’hydrocarbures fossiles.

Les premières plantes à graine datent du Frasnien (subdivision du Devonien 380 millions d’années) A la même époque, les premiers tétrapodes amphibies apparaissent, par évolution de certains poissons tandis que les agnathes (famille de la lamproie) disparaissent presque complètement.

En effet, cette évolution est cependant marquée par des crises qui bouleversent la biodiversité. Les deux plus importantes sont :
• La crise Ordovicien - Silurien (438 - 436 millions d’années, glaciation déglaciation),
• La crise Frasnien - Fammenien (365 millions d’années, crise marine par réchauffement et anoxie comparable à l'eutrophisation, récifs en crise, puis refroidissement )

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répartition des continents à l'Ordovicien

Au Carbonifère, (358 à 298 millions d’années), l’atmosphère est riche en oxygène, le climat est chaud et humide, des massifs de grands arbres se développent, soumis à des inondations périodiques mais pas encore recyclés par la pourriture (d’où l’accumulation de charbon). C’est une époque de grands arthropodes et d’insectes géants (grâce à l’oxygène) et on voit aussi les premiers reptiles (315 millions d’années).

La crise du Permien et le mésozoïque (ère secondaire)

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répartition des continents au Permien

Il y a 251 à 245  millions d’années, le niveau des mers baisse, et les continents se rassemblent en un seul, la Pangée. La mise en crise des écosystèmes littoraux et des phénomènes de volcanisme, puis des rétroactions défavorables (climats à contrastes et aridité) pourraient avoir été la cause de la grande crise du Permien qui fit disparaître environ 90% de la biodiversité (plus en mer que sur terre). Les trilobites (arthropodes autrefois très prospères) disparaissent, les ammonites sont réduites à une espèce (qui se diversifiera à nouveau remarquablement bien par la suite). Les coraux sont également fortement touchés.

Après la crise du Permien, c'est l'ère mésozoïque (ère secondaire, connue notamment par les reptiles) avec le Trias qui voit les premiers dinosaures, et les premiers mammifères (alors ovipares). Une nouvelle crise (moins intense) marque le passage du Trias au Jurassique il y a 201 millions d’années. Pendant le Jurassique la Pangée se divise, préfigurant la répartition actuelle des terres. Les mammifères marsupiaux, de même que les oiseaux et les plantes à fleurs datent d’environ 150 millions d’années. Au Crétacé qui voit l’isolement de l'Afrique et de l'Amérique par ouverture de l’océan Atlantique, les premiers mammifères placentaires apparaissent vers 90 millions d’années).

terre_jurassique
répartition des continents au Jurassique

A la fin du crétacé, il y a 65 millions d’années, une cinquième grande crise marque la fin des gros reptiles et le début de l'épanouissement des mammifères. Le débat est encore actif au sujet des causes de cette crise, pour laquelle il est concevable que la chute d’une grosse météorite et d’importants phénomènes volcaniques aient accentué de façon spectaculaire un déclin déjà amorcé depuis déjà de nombreux millénaires.

On soulignera à nouveau combien les échelles de temps sont étirées, mais aussi combien ces dates sont tardives, comparées aux quelque 3000 millions d’années qu’a duré la vie au pré-Cambrien.
La Terre en est déjà à 98,6% de son histoire et la vie à 98,2%.

Après la crise du Crétacé (disparition des dinosaures)

Après la crise du Crétacé, on entre dans le Cénozoïque (tertiaire et quaternaire, même pas 2% de l'histoire de la biosphère) où on voit les mammifères se diversifier, de même que les oiseaux. Les chauves-souris comme les primates apparaissent il y a environ 60 millions d’années, les cétacés se réadaptent à la mer il y a 50 à 45 millions d’années, mais les mammouths ne datent que de 4 millions d’années. L’évolution des équidés commencée il y a 55 millions d’années aboutit aux formes pratiquement actuelles il y a 5 millions d’années.

La lignée humaine se sépare des chimpanzés vers 10 millions d’années (on admet que Toumaï, le Sahelanthropus Tchadensis, est relativement proche de cette séparation), les australopithèques sont datés de 3,6 millions d’années, et l'homme (le genre Homo) apparaît vers 2,5 millions d’années en Afrique (Homo habilis, puis d'autres dont Homo erectus). Cette nouvelle espèce (à priori pas spécialement remarquable) est un primate adapté à la bipédie, social et omnivore, pourvu d’un crâne assez gros qui n’est viable que parce que les petits naissent prématurément. L'élevage pendant plusieurs années de ces petits au cerveau assez immature et très dépendants a pour effet de renforcer les liens sociaux et de favoriser les apprentissages transmis par rapport aux instincts. Il y a de bonnes raisons de penser (même si c’est un débat assez ouvert) qu’il y a 2 millions d’années, certains de ces hommes ont pu parler un proto-langage facilitant la coopération, l’échange d’informations et les relations sociales.

On entre dans ce qu’on nomme l’ère quaternaire, période qui passe par plusieurs phases de glaciations dans l'hémisphère nord (apparemment une conséquence indirecte de la fermeture de l'isthme de Panama modifiant les systèmes de courants marins). La dernière glaciation (dite du Würm) commencée il y a environ 120 000 ans a vu la partie nord de la France recouverte de neige, et des animaux comme les rennes et les mammouths dans le Périgord. Elle se termine il y a 12 000 ans.

Les interprétations des fossiles en termes de lignées humaines sont multiples et sujettes à débats, mais on sait que nos prédécesseurs sont sortis du berceau africain à deux reprises, vers l’Asie il y a 2 millions d’années, et vers l’Europe 1 million d’années plus tard, montrant ainsi leur capacité d'adaptation à des conditions multiples.

On peut dire que le quaternaire est la période où l'évolution culturelle rapide prend le relais de l'évolution biologique lente, pour les hommes et leur entourage direct tout au moins.

L’homme se disperse sur la Terre

Homo érectus apparu il y a 1,8 millions d’années s'éteint après avoir duré un peu moins que 1 million d’années, Homo Neanderthalensis apparu il y a 0,5 million d’années disparaît il y a 28 000 ans. Pour cette époque, on a récemment caractérisé deux lignées particulières, l’homme de Denisova en Europe et l’homme de Flores en Asie.

La domestication du feu date d’il y a 400 000 ans (790 000 ans selon d’autres auteurs). On l’attribue en général à Homo erectus. Les premiers galets aménagés ou grossièrement taillés, datent de 1,8 millions d’années en Afrique comme en Europe, mais on ne trouve des silex taillés élaborés ou des outils en os que beaucoup plus tard (vers 30 000 ans).

Notre espèce, Homo sapiens, apparue relativement tôt il y a 200 000 ans en Afrique, a migré à son tour vers l’Eurasie il y a 40 000 ans et a cohabité avec les lignées Néanderthal, Denisova et Florès. Elle atteindra l’Amérique vers 16 000 à 13 000 ans, par le détroit de Behring, pris dans les glaces du Würm. Si les transmissions techniques entre lignées paraissent vraisemblables, il semble que les croisements ont été faibles, et il est probable, même si aucun scénario simple n’est attesté, que la disparition des lignées Néanderthal, Denisova et Florès soit liée à l’expansion d’Homo sapiens. D'autres disparitions, comme celle des très grands mammifères terrestres sont également associées à la présence d'Homo sapiens.

Tout donne à penser que le mode de vie de ces humains était proche de celui des populations de chasseurs cueilleurs actuellement connues, vivant (avant leur rencontre avec les occidentaux) en petits groupes assez dispersés et tirant leurs ressources directement d’une nature très peu transformée, avec toutefois des formes embryonnaires de jardinage et quelques échanges avec leurs voisins. Les savoir-faire artisanaux (autres que les outils en pierre) n’ont laissé que des traces assez récentes, mais on peut penser qu’ils étaient assez élaborés. La navigation est antérieure à 50 000 ans (époque de l’arrivée de Aborigènes en Australie). Les peintures de la Grotte Chauvet (un des plus anciens exemples connus) sont âgées de 31 000 ans. Cette complexité des cultures implique l’existence de langues parlées riches similaires aux langues actuelles. On admet qu’elles étaient acquises il y a 40 000ans.

Le premier animal domestiqué est le chien, il y a 33 000  à 30 000 ans, une évolution à partir de loups familiers intéressés par les restes de chasse. Cette proximité du loup avec les hommes (mais sans domestication) est bien plus ancienne, attestée depuis 400 000ans.

Les arcs ont pu être inventés il y a  20 000 ans et sont attestés par des représentations datant de  10 000 ans.

L’anthropisation s’amplifie au Néolithique

La fin de la glaciation du Würm il y a 12 000 ans correspond au passage à l'Holocène, avec les débuts de la sédentarisation et de l'agriculture. Dans certaines régions du globe, les populations humaines s’accroissent, deviennent plus sédentaires et passent d’une économie de prédation à une économie de production, c’est-à-dire qu’elles commencent à aménager, à contrôler et à faire travailler la nature à leur profit. La structure des sociétés en est fortement modifiée, avec des hiérarchies, des castes et des inégalités, puis des états, l’organisation de grandes collectivités, des religions impliquées dans le pouvoir politique, et les premières cités. Cette mutation des cultures humaines est donc fondamentale. On la caractérise notamment par des outils de pierre polie, par des poteries (les premières poteries au Japon sont vieilles de 14 000 ans), par des traces de constructions fixes, et surtout par l’élevage d’animaux et la culture de plantes dans un cadre sédentaire.

La « révolution » néolithique est progressive et se produit indépendamment dans plusieurs endroits la planète, à des dates variables selon les foyers : il y a 9 000 ans au Moyen Orient, 6 000 à 3 000 ans dans d'autres régions, Indus, Chine, Amérique, Afrique. Dans tous ces lieux, on pouvait trouver des animaux prédisposés par leur comportement inné à la domestication, des plantes à grosses graines susceptibles de former des réserves alimentaires, et des conditions hydro-climatiques favorables aux cultures. Il y avait déjà des cultures de haricot, de blé ou d’orge il y a 11 000 ans au Moyen Orient. La domestication animale commence par les caprins et les ovins (il y a 10 000 à 8 000 ans, au début sous forme pastorale et nomade),  les bovins et les volailles (il y a 7 000 à 5 000 ans), la domestication du porc comme celle de l’âne il y a 5 000 ans précèdent de peu celle du cheval (4 500 ans).

L’écriture apparaît il y a 5 500 ans, permettant aux états d’administrer et de contrôler des populations importantes. De grands travaux sont entrepris pour l’irrigation ou la construction de lieux de culte ou de pouvoir, la diversification des activités est rendue possible par une alimentation assez abondante pour nourrir ceux qui ne cultivent pas. La métallurgie apparaît il y a 4 300 ans pour le cuivre et le bronze, 3 100 ans pour le fer, plus dur et plus difficile à fondre.

Les échanges commerciaux, majoritairement locaux, se développent sur de plus grandes distances pour certaines denrées particulières, celles qui ayant une haute valeur peuvent être transportées loin. Ce commerce à longue distance devient un enjeu géopolitique important, contribuant à instaurer des contacts, mais aussi à exacerber des rivalités et des convoitises. Les sciences et les techniques font aussi de grands progrès, soutenues par les pouvoirs lorsqu’elles sont des facteurs de puissance, réprimées quand elles risquent de les déstabiliser.

Si les populations augmentent en nombre et en qualité d’équipement, c’est aussi au détriment de l’équilibre alimentaire et de la stabilité sociale. Avec le perfectionnement des armements, les guerres s’amplifient, les royaumes ou empires augmentent leur prédation territoriale, et l’ordre inégalitaire est imposé par la contrainte. Cette logique perdure pendant plusieurs millénaires depuis la Haute Antiquité jusqu’à la fin du Moyen-Age. L’Europe, l’Asie et une partie de l’Afrique ont des liens, mais les Amériques vivent leur histoire de façon isolée et de nombreuses populations, trop inaccessibles pour être affectées par la mutation, continuent sur des modes de vie plus proches des origines. L’évolution des civilisations alterne les périodes de floraison et celles de déclin, au gré de la constitution et de l’éclatement des empires, des guerres de conquête ou des conflits religieux, en fonction aussi des famines et des grandes épidémies, tout cela étant bien souvent combiné.

Le colonialisme et l’anthropocène

Vers la fin du quinzième siècle de notre ère, à la même époque où la Chine techniquement développée se concentre sur ses problèmes internes et renonce aux grandes navigations, l’Europe occidentale chrétienne prend, sur le plan scientifique et technique, la relève de l’Orient musulman. Certaines nations, plus tournées vers la mer, se lancent dans de lointaines aventures coloniales. C’est un nouveau tournant dans l’histoire de l’humanité, qui sera suivi un ou deux siècles plus tard par la naissance de l’industrie, favorisée par le développement des arts mécaniques et par l’exploitation minière à grande échelle du charbon et des métaux.

La puissance d’action des nations industrielles est démultipliée, sur le plan technique, sur le plan militaire et dans leur capacité à commercer à grande distance.

Les pays qui sont à l’origine de cette mutation (et parfois les colonies qu’ils ont fondées) s’enrichissent, ce qui favorise l’émergence de systèmes politiques démocratiques qui substituent à la hiérarchie fondée sur la maîtrise de la terre une hiérarchie fondée sur la puissance financière. La rivalité des appétits d’argent est un moteur puissant pour pousser à l’exploitation des ressources  agricoles, énergétiques ou minières sur des territoires plus vastes, bousculant en quelques années ou décennies les civilisations qui y régnaient. Selon les régions, leur prospérité pouvait être très variable, mais leur qualité principale était d’être en général bien adaptés à leur géographie par des traditions séculaires. Bousculant aussi la biodiversité, épuisant les ressources et perturbant les équilibres naturels, le rouleau compresseur mondialisateur n’a pas avancé de façon continue. Sur son chemin, il a été freiné par certains obstacles géographiques, culturels ou même politiques, et fortement ralenti par des conflits de grande ampleur entre puissances, qui ont par ailleurs révélé les pouvoirs destructeurs terrifiants qu’on peut tirer des techniques modernes.

Le colonialisme et plus généralement la mondialisation ont aussi répandu la médecine scientifique, avec pour conséquence un boom démographique qui aujourd’hui semble heureusement se ralentir. On peut penser que la généralisation de l’éducation, et l’instauration d’états « modernes » lors de la décolonisation ont pacifié les sociétés issues du colonialisme, mais il faut voir aussi que le commerce des armes modernes envenime les conflits ouverts par le retrait du colonisateur, ou par les logiques d’intérêt marchand qui lui ont succédé.

Aujourd’hui, le développement des télécommunications et du transport rapide de masse achève cette mondialisation, contribuant à la diffusion d’une civilisation globale imprégnée d’impératifs économiques et propageant le modèle du bonheur commercial de masse. Malgré le bien-être réel qu’elle contribue à répandre parmi les humains, cette civilisation (sauf réforme radicale) n’est pas viable: l’épuisement des ressources, les graves menaces sur la biodiversité, les pollutions, le changement climatique et ses retombées risquent de conduire à des crises majeures, sinon des catastrophes, tant du point de vue environnemental que social, politique et économique. 

Un retour sur le passé lointain montre à quel point cette crise de l’Anthropocène, déclenchée par la trop forte capacité des sociétés d’Homo sapiens à transformer leur environnement, est soudaine à l’échelle des temps géologiques. Quelques siècles (ou même quelques millénaires) pour faire émerger des risques majeurs ou pour tenter d’y répondre sont extraordinairement brefs, comparés aux millions d’années qui sont en jeu dans l’histoire de la biosphère terrestre. Même à l’échelle des temps humains, les quelques décennies de délai pour anticiper et minimiser cette crise sont brèves, au regard de l’inertie des changements sociaux.

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Antoine Li               http://www.think-thimble.fr
eres_geologiques

ères géologiques depuis le Cambrien













































Bangiomorpha

 Bangiomorpha pubescens,  un des premiers multicellulaires:













Anomalocais

Un animal du Cambrien: Anomalocaris









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