Les grands cycles biogéochimiques Flashcards
Cycle de l’eau
Expliquer le cycle interne et externe
Cycle externe: observable directement. Énergie solaire transforme eau liquide en vapeur. Évaporation se fait principalement au-dessus des océans. Vents + autres mouv de l’atm redistribuent vapeur d’eau, qui retombe sous forme de pluie qui ruisselle et retourne à l’océan. Certaine qté d’eau est stockée sous forme de glace. Eau = agent essentiel de l’altération et désagrégation des roches de la croûte terrestre et contribue au recyclage de pls éléments.
Cycle interne: concerne circulation de l’eau entre océan, lithosphère et asthénosphère. Important volume d’eau s’infiltre ds pores et fractures de couverture sédimentaire sur lithosphère. Autre important volume d’eau s’infiltre ds fractures de lithosphère. Eau est un agent fort efficace de l’altération chm des basaltes océaniques, modifiant propriétés physico-chm et composition de croûte océanique et contribuant à composition chm de l’eau de mer. Subduction de la lithosphère ds asthénosphère introduit aussi eau ds cette dernière. Minéraux du manteau contiennent énorme qté d’eau.
Cycle de l’eau
Expliquer évaporation-précipitation
?
Cycle de l’eau
Expliquer le temps de résidence
?
Cycle du carbone
Expliquer le cycle court (<100 ans)
Processus qui s’étalent sur temps inférieurs au siècle. Processus de base de recycle du C à court terme : couple photosynthèse-respiration, c-à-d. conversion du Ci du CO2 en Co par photosynthèse et, ensuite, l’inverse par la respiration. 3 réactions de base: photosynthèse, respiration et fermentation.
Cycle du carbone
Expliquer le cycle long (10e3- 10e6ans)
Sur échelle de temps bcp + longues, processus de nature géologique deviennent + importants. Processus tels l’enfouissement des m.o. ds sédiments et roches sédimentaires, transformation en combustible fossiles et leur altération (oxygénation) subséquente lors des soulèvements tectoniques. Flux de C relié à ces processus sont faibles, mais les réservoirs sont immenses et temps impliqué est très long.
Temps de résidence du Co ds réservoir de roche sédimentaire = + de 200 Ma, labs de temps correspondant au dépôt des sédiments et m.o. ds bassin océanique, enfouissement et transformation des sédiments en roches sédimentaires et finalement soulèvement et émergence lors de formation d’une chaîne de montagnes.
* Extraction et combustion des pétroles, gaz et charbons viennent transformer une partie de ce cycle long en cycle court.
Différencier les 3 réactions de base du cycle court du carbone
3 réactions de base: photosynthèse, respiration et fermentation.
1- Photosynthèse: utilise l’énergie solaire pour synthétiser la m.o. en fixant le C ds hydrates de carbone. M.o. = molécules grosses et complexes dont base demeure éléments C, H et O auxquels viennent se joindre en faibles qté N, P et/ou S. Cette partie de la m.o. = productivité primaire et org impliqués (bactéries, algues et plantes) = producteurs primaires. Ils captent l’énergie solaire et la transforment en énergie chm qu’ils stockent ds leurs tissus. Consommateurs tirent leur énergie de celle contenue ds producteurs primaires en ingérant leurs tissus et en respirant.
2- Respiration: réaction qui nécessitent disponibilité d’O2 libre. Ds nature, partie de m.o. est oxydée (respiration) par animaux ou plantes et autre partie se retrouve ds sols terrestres ou sédiments marins. Décomposition se fait sous action de uorgs (bactéries et champignons). Uorgs forment 2 groupes : anaérobies qui utilisent O de la m.o. en absence d’O libre et aérobies qui utilisent l’O libre pour leur métabolisme. Décomposition aérobie produit CO2 et ds milieux anoxiques décomposent m.o. par fermentation.
3- Fermentation: produit du CO2 et du méthane. Ces 2 gaz peuvent s’échapper ds atm oxygénée. Méthane est oxydé et se transforme rapidement en CO2 (temps de résidence ds atm de 10 ans). Partie du méthane demeure ds sédiment où forme réservoirs de gaz naturel.
Expliquer le cycle du Ci et nommer ses réservoirs importants
Réservoirs importants de Ci: atm, océans, sédiments et roches carbonatées (surtout calcaire CaCO3 et aussi dolomies CaMg(CO3)2).
Échanges entre CO2 atm et de la surface des océans ont tendance à s’équilibrer. Altération chm des roches continentales convertit le CO2 dissous en HCO3 qui est transporté ds océans par eaux de ruissellement.
Org combinent HCO3 au Ca pour sécréter leur squelette ou coquille de CaCO3. Partie du CaCO3 se dissout ds colonne d’eau et sur fonds océaniques, autre partie s’accumule sur planchers océaniques et est éventuellement enfouie pour former roches sédimentaires carbonatées. Celles-ci ont construit un réservoir énorme, sont ramenées à la surface par mouv tectoniques reliés à la tectonique des plaques. Partie du C des roches carbonatées est recyclée ds magmas de subduction et retournée à l’atm sous forme de CO2 émis par volcans.
Cycle de l’oxygène
Expliquer le couplage O2-CO2 (photosynthèse-respiration)
Même si rayonnement UV brise molécules de vapeur d’eau et de CO2 atm et produit ainsi O2 (libre), cette production est insignifiante en volume. O2 est un sous-produit de la photosynthèse. Cycle de l’O est donc un cycle court attaché au cycle court du Co.
Au niveau des continents, végétation produit certaine qté d’O grâce à photosynthèse des végétaux. Bilan net, sur pls années, d’une forêt mature est pratiquement nul. C-à-d. qu’elle consomme autant d’O qu’elle en produit, donc fournit aucune qté significative supplémentaire d’O à l’atm pour la respiration des animaux.
Océan joue le rôle de régulateur de l’O atm. Phytoplancton produit O par photosynthèse. Cet O est utilisé par zooplancton et par autres animaux marins ainsi que par l’oxydation de la m.o. Seulement une partie de la m.o. est oxydée, autre partie se dépose au fond de l’océan et est incorporée ds sédiments où elle est à l’abri de l’O. Cette mo. sera ramenée à la surface sous forme de combustibles fossiles ou de kérogènes.
Finalement, autre partie de l’O océanique est libérée ds atm. Celui-ci est utilisé pour respiration des animaux terrestres et ds divers processus d’oxydation.
Donc taux d’enfouissement du Co et celui de l’oxydation des matériaux terrestres vont contrôler taux d’émission et teneur en O2 ds atm.
Cycle de l’oxygène
Augmentation O2 avec l’avènement des plantes vasculaires et des forêts
Il y a une relation inverse entre les taux d’O2 et de CO2 ds l’atm. + la photosynthèse consommera du CO2, + elle émettra de l’O2. Il y a donc des augmentations substantielles de la concentration atm d’O2 durant les périodes de grande activité photosynthétique. Si le tout est accompagné d’un enfouissement accéléré des produits de la photosynthèse, moins d’O libre est utilisé pour respiration et + la teneur en O de l’atm augmente. C’est ce qui s’est produit au Carbonifère-Permien avec l’avènement, à la fin du Dévonien, des plantes vasculaires et la colonisation des surfaces continentales par la grande forêt.
Cycle de l’azote (en général)
La vie sur la Terre influence composition de l’atm en produisant du CO2 et du méthane à travers processus de respiration et de fermentation reliés au recyclage du C, elle a aussi influencé la composition de l’atm à travers le recyclage de l’azote. N est le premier gaz en importance ds l’atm terrestre (78%). S’y trouve sous sa forme moléculaire normale N2, gaz inerte (peu réactif). Org ont besoin de N pour fabriquer protéines et acides nucléiques, mais plupart ne peuvent utiliser la molécule N2. Ont besoin d’azote fixée ds lequel les atomes d’azote sont reliés à d’autres types d’atomes, ex ammoniac (NH3) ou à l’O ds ions nitrates (NO3). Trois processus de base: fixation de l’azote diatomique N2, nitrification et dénitrification.
Cycle de l’azote (fixation de l’azote)
Conversion de N atm en N utilisable par les plantes et animaux. Se fait par certaines bactéries qui vivent ds sol ou eau et qui réussissent à assimiler N2. S’agit des cyanobactéries et certaines bactéries vivant en symbiose avec plantes (légumineuses).
Ds sol où pH est élevé, ammonium se transforme en ammoniac gazeux.
Réaction nécessite apport d’énergie de la photosynthèse. Fixation tend à produire composés ammoniaqués comme ammonium (NH4) et son acide conjugué ammoniac (NH3). S’agit d’une réaction de réduction qui se fait par intermédiaire de substances org.
Cycle de l’azote (nitrification)
Transforme les produits de la fixation en NOx, soit en nitrites (NO2) ou en nitrates (NO3). Réaction d’oxydation qui se fait par catalyse enzymique reliée à bactéries ds sols et eau.
Cycle de l’azote (dénitrification)
Retourne N à l’atm sous sa forme N2, avec comme produit sec du CO2 et du N2O, un GES qui contribue à détruire la couche d’ozone ds la stratosphère. Réaction de réduction de NO3 par intermédiaire de bactéries transformant la m.o.
Expliquer l’influence de l’activité humaine sur le cycle de l’azote
Activité humaine contribue à l’augmentation de la dénitrification, entre autres, par l’utilisation des engrais qui ajoutent aux sols des nitrates et composés ammoniaqués. Utilisation des combustibles fossiles ds moteurs ou centrales thermiques transforme N en NO2. Avec N2 et CO2, dénitrification émet ds atm faible qté de NO2. Une molécule de N2O est 200 fois + efficace qu’une molécule de CO2 pour créer un effet de serre. Augmentation du N2O atm annuellement de 0,3% qui est reliée presque entièrement aux émissions dues à la dénitrification des sols.
Concentration de N2O atm à la fin du dernier âge glaciaire s’est maintenue à ce niveau jusqu’au début de l’ère industrielle où elle a fait un bond quasi-exponentiel pour atteindre son niveau actuelle, augmentation de 19%.
Cycle du phosphore
P est important à la vie pcq essentiel à fabrication des acides nucléiques ARN et ADN. Le retrouve aussi ds squelette des org sous forme de PO4. Ds Terre primitive, tout le P se trouvait ds roches ignées. Par leur altération superficielle, sur continents, le P a été progressivement transféré vers océans.
Cycle du P est unique parmi les cycles biogéochm majeurs: ne possède pas de composante gazeuse et donc n’affecte pratiquement pas l’atm. Se distingue aussi par le fait que le transfert de P d’un réservoir à un autre est pas contrôlé par réactions microbiennes.
Pratiquement tout le P en milieu terrestre est dérivé de l’altération des phosphates de calcium des roches en surface, surtout apatite. Sols contiennent un grand volume de P, petite partie est accessible aux org vivants. Ce P est absorbé par plantes et transféré aux animaux par leur alimentation. Partie est retournée aux sols à partir des excréments des animaux et de la m.o. morte. Autre partie transportée vers océans où une fraction est utilisée par les orgs benthiques et du plancton pour secréter leur squelette, autre fraction se dépose au fond de l’océan sous forme d’org morts ou de particules et est intégrée aux sédiments. Ceux-ci sont transformés en roches sédimentaires par enfouissement, beaucoup + tard, roches sont ramenées à surface par mouv tectoniques et cycle recommence.
