Cycles biogéochimiques

Question 1

Cycle biogéochimique

Answer 1

Cycle qu’effectue un élément biogène entre les divers compartiments de la biosphère, à l’échelle stationnelle, régionale ou à celle de la biosphère toute entière.

• Terre
• Atmosphère
• Eau

Question 2

Forme gazeuse, dissoutes et particulaires

Answer 2

Azote et phosphore montrent des différences fondamentales
–> Azote: Forme gazeuse est la composante dominante
–> Phosphore: Formes non gazeuse
Particules contiennent la fraction dominante de cet élément

Question 3

Formes organiques du carbone

Answer 3

On peut séparer les formes du carbone organique
a) En relation avec leur origine:
La matière autochtone est produite par la photosynthèse insitu, par exemple par le phytoplancton ou les macrophytes. Le carbone allochtone entre les lacs de leur bassin versant (e.g., matières humiques).

b) Dissoutes versus particulaires:
COD= carbone organique dissous = molécules de poids moléculaire très faible (e.g., acides aminées) + molécules de poids moléculaire élevé (e.g., acides humiques, responsables pour la CDOM).
COP= carbone organique particulaire = seston + necton
Necton = les animaux qui nagent
Seston =toutes les particules en suspension
= le plancton (partie vivante) + le détritus

Question 4

L’état d’oxydation

Answer 4

Formes réduites Formes oxydées
H2S (toxique) SO42-(sel nutritif)
Fe2+(ferreuse soluble) Fe3+(ferrique, insoluble)
CH4(méthanogénèse) CO2(respiration)

Pour certains éléments il existe plusieurs états d’oxydation 
Ex: l’azote
> NH3  --> -3
   Ammoniac
   Forme préférée
> N2 --> 0
   Azote gazeux
   Fixatrices
> NO2- -->+3
   Nitrite
   Forme toxique
> NO3- --> +5
   Nitrate
   Plus abondante

Les environnements aquatiques varient en relation avec leur état d’oxydation, c.a.d. leur capacité pour accepter ou pour donner les électrons.
Processus biogéochimiques sont associés avec les plages spécifiques d’Eh

Question 5

Le bilan précaire d’oxygène

Answer 5

a) la faible solubilité d’oxygène
> La concentration à 100% saturation (c.a.d., la concentration dans l’eau en équilibre avec l’oxygène dans l’atmosphère) est une fonction de la température et de la pression.

b) les fortes activités biologiques dans les environnements aquatiques:
nCO2+ nH2O (CH2O)n+ nO2

Question 6

Différents compartiments

Answer 6

• Terre, Atmosphère, Eau
• Forme gazeuse, dissoutes et particulaires
• Formes organiques et inorganiques

Question 7

La distribution verticale d’oxygène

Answer 7

Change selon les saisons, en fonction de la température et des mélanges

Question 8

Alcalinité

Answer 8

Système carbone inorganique dissous (CID) une mesure d’un lac ou d’une rivière à résister aux changements de pH. C’est le pouvoir tampon des écosystèmes aquatiques dû au système de carbone inorganique dissous.

Question 9

Importance de l’azote

Answer 9

Composante majeure des biomolécules:

• acides aminés
• acides nucléiques
• pigments comme la chlorophylle
• mucopolysaccharides

Question 10

Les formes de l’azote

Answer 10

a) Formes inorganiques
NH4+(ammonium)  H++ NH3 (ammoniac) pKa = 9.25
N2
NO2-
N2O
NO3-
b) Formes organiques
-azote organique particulaire (seston)
-azote organique dissous
    e.g., acides aminés, urée

Question 11

Le processus de transformation

Answer 11

• Fixation de l’Azote
• Ammonification
• Dissimilation d’azote
• Nitrification
  -Prise d’azote
• Dénitrification
  (voir schéma)

Question 12

Importance du phosphore

Answer 12

a) Composante de certaines biomolécules:
- ARN
- ADN
- nucléotides phosphates
- phospholipides

b) Élément assez rare dans la biosphère. Il ne représente qu’environ 1% de la lithosphère (croûte terrestre).

Question 13

Stoechiométrie écologique

Answer 13

Une approche qui analyse les contraintes et les conséquences de l’équilibre quantitatif des multiples éléments chimiques dans les interactions trophiques.

Question 14

Formes organiques et inorganiques du phosphore

Answer 14

Organiques

• POD
• POP

Inorganiques
- PO4 3-
- HPO4 2-
H2PO4 -

Question 15

L’expérience de Mortimer

Answer 15

Interprétation moderne: Les processus microbiens jouent un rôle important aussi.

i) Sous les conditions oxiques,10-75 % du P dans les sédiments est associé avecles cellules bactériennes;
ii) Certaines bactéries utilisent le fer comme accepteur d’électronspour l’oxidationde la matière organique (Fe III Fe II).

Fe-PO4-OH
Emprisone le phosphore dans les sédiments
Charge positive
Donc absorption de PO4
Beaucoup de phosphates associé avec cette molécule
Bactéries ciblent le Fe3+, donc détruit le complexe (lorsque pas d’oxygène)
PO4-OH est soluble lorsque pas de oxygène, donc adsorption et tout est libéré dans la colonne d’eau

Question 16

Le contrôle du phytoplancton

Answer 16

Chlorophylle comme une fonction du phosphore total

> Il y a une relation entre la production de chlorophylle et la quantité de phosphore

Question 17

Hausse trophique ( Trophic upsurge)

Answer 17

Augmentation de la productivitéd’un réservoir suite à la fermeture du barrage.

a) Décomposition de la matière végétale après l’inondation du bassin versant;
b) Libération du P des sédiments anoxiques.

Question 18

Autres éléments

Answer 18

• Le silicium:
  > Important pour certaines algues, les diatomées, les chrysophytes –> silice: SIO2
• Cycle du souffre
  > Sulfate : H2S
  > Sulfure de diméthyle: S(CH3)2
• Les métaux: co-facteurs
  > Facteurs limitants
  > Effets toxiques (métaux lourds)