Module 9 : Les grands cycles biogéochimiques Flashcards
Qu’est-ce que l’effet de serre et qu’est-ce qu’on entend par gaz à effet de serre?
Un gaz à effet de serre est un gaz présent dans l’atmosphère qui absorbe le rayonnement infrarouge émis par la Terre et contribue ainsi à réchauffer l’atmosphère. Les principaux GES sont :
Vapeur d’eau (H₂O)
Dioxyde de carbone (CO₂)
Méthane (CH₄)
Protoxyde d’azote (N₂O)
Ozone (O₃)
Gaz industriels (comme les CFC, HFC)
Quel est le gaz qui contribue le plus à l’effet de serre et pourquoi?
Le CO₂ (dioxyde de carbone) est le principal responsable de l’effet de serre anthropique (d’origine humaine) pour plusieurs raisons :
Abondance : il est émis en grandes quantités, notamment par la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel).
Durée de vie : le CO₂ peut rester plus de 100 ans dans l’atmosphère.
Accroissement rapide : les activités humaines (transports, industries, déforestation) en émettent toujours plus.
Quels sont les différents aspects du rôle de l’eau sur la planète Terre?
🌱 Support à la vie
Solvant universel : permet les réactions biochimiques.
Transporte les nutriments dans les êtres vivants.
Milieu de vie pour de nombreuses espèces (océans, rivières, lacs).
- 🌡️ Régulation du climat
L’eau absorbe et libère beaucoup de chaleur (grâce à sa capacité calorifique).
La vapeur d’eau est un puissant gaz à effet de serre naturel.
Les courants océaniques redistribuent la chaleur sur la planète (ex. : Gulf Stream).
- 🌧️ Cycle hydrologique
L’eau passe constamment entre océan, atmosphère, surface et sous-sol par évaporation, condensation, précipitation, ruissellement et infiltration.
Ce cycle est fondamental pour le climat et l’érosion.
- 🏔️ Agent géologique
L’eau altère les roches (érosion chimique et physique).
Elle transport le sédiments.
Elle est impliquée dans la formation de roches sédimentaires.
- 🌋 Lubrifiant géodynamique
L’eau dans le manteau facilite la fusion des roches (ex. : formation de magma).
Elle affecte la tectonique des plaques (voir plus bas).
Quels sont les deux plus grands réservoirs d’eau de la Terre?
- Océan (95,96%)
- Glaciers (2,97%)
Comment la tectonique des plaques intervient-elle dans le cycle de l’eau?
- Subduction (entrée d’eau dans la Terre)
Les plaques océaniques, en subduction, transportent de l’eau vers le manteau sous forme :
D’eau piégée dans les minéraux hydratés (comme les argiles).
De sédiments gorgés d’eau.
Cette eau favorise la fusion partielle du manteau → formation de magma.
- Volcanisme (remontée d’eau vers la surface)
Lors des éruptions volcaniques, une partie de l’eau retourne à la surface sous forme de vapeur.
Cela participe au bouclage du cycle de l’eau à très long terme.
- Formation et érosion des chaînes de montagnes
La surrection de montagnes modifie les régimes de pluie.
L’érosion alimente les rivières et favorise le stockage d’eau dans les sols.
Y a-t-il un lien entre la tectonique des plaques et le recyclage du carbone sur Terre?
Oui, il y a un lien direct entre la tectonique des plaques et le recyclage du carbone sur Terre, surtout dans le cycle long du carbone :
🌋 Subduction : Quand une plaque océanique plonge sous une autre, elle emporte avec elle des sédiments riches en carbone (issus de coquilles, coraux, etc.) vers le manteau terrestre.
🔥 Volcanisme : Ce carbone est ensuite recyclé par fusion partielle du manteau, et libéré sous forme de CO₂ par les volcans.
🏔️ Formation de chaînes de montagnes : Par l’érosion et la sédimentation, du carbone est piégé dans les roches carbonatées (calcaires).
La tectonique agit donc comme un “moteur lent” du cycle global du carbone.
Quels sont les différences entre cycle court et cycle long du carbone? Surtout, quels sont les processus impliqués dans l’un et dans l’autre?
Cycle court du carbone (quelques années à quelques siècles) :
Concerne le carbone biosphérique (organismes vivants), atmosphérique et océanique superficiel.
Processus impliqués :
-Photosynthèse (plantes absorbent le CO₂)
-Respiration (organismes rejettent du CO₂)
-Décomposition de la matière organique
-Échanges air-océan
-Combustion de biomasse
-🌿 Il est rapide, réversible et réagit vite aux changements.
Cycle long du carbone (milliers à millions d’années) :
Concerne le carbone stocké dans les roches (carbonates, combustibles fossiles).
Processus impliqués :
-Altération chimique des roches (fixe le CO₂ dans les rivières)
-Sédimentation (coquilles, plancton → calcaire)
-Subduction (entraînement de sédiments)
-Volcanisme (remet du CO₂ dans l’atmosphère)
-Formation des combustibles fossiles
- Ce cycle stabilise le climat à long terme.
Quel est le plus grand puits de carbone organique? Expliquez les processus impliqués.
Les sols sont le plus grand puits de carbone organique terrestre (même plus que les forêts !).
Processus impliqués :
Chute des feuilles, racines mortes : apport de matière organique.
Activité microbienne : décomposition partielle → humus.
Stabilisation : une partie du carbone reste piégée dans les sols pendant des décennies à des siècles, voire plus.
Quels sont les deux grands puits de carbone reliés au cycle inorganique du carbone? Expliquez les processus impliqués.
- 🌊 Les océans (surtout les fonds marins) :
-Dissolution du CO₂ dans l’eau.
-Formation d’ions bicarbonate et carbonate.
-Coquilles de plancton → sédiments calcaires (CaCO₃).
-Finissent dans les dépôts marins (puits à très long terme).
- 🏔️ Les roches carbonatées (calcaires, dolomies) :
-Formées à partir de coquilles et coraux.
-Stockent du carbone pendant des millions d’années.
-Recyclées par la tectonique et l’altération chimique.
Pourquoi est-il faux de qualifier la grande forêt amazonienne ou les grandes forêts boréales de poumon de la Terre?
La photosynthèse produit de l’oxygène, mais…La respiration des plantes et la décomposition des organismes morts consomment autant d’oxygène que la forêt en produit.
Le bilan net d’O₂ est quasiment nul.
Qui agit alors comme poumon de la Terre et comment?
Le phytoplancton océanique (micro-organismes photosynthétiques marins).
Pourquoi ?
Il absorbe du CO₂ et produit de l’O₂ par photosynthèse.
Il est à l’origine de plus de 50% de l’oxygène atmosphérique.
Une partie du carbone qu’il fixe coule vers les fonds marins → pompe biologique du carbone.
🐋 Malgré leur petite taille, les micro-algues marines jouent un rôle vital dans le climat global.
Qu’est-ce qu’un réservoirs?
Ce sont les lieux où un élément est stocké pendant un certain temps :
Atmosphère
Océans
Sols
Végétation
Roches (calcaire, charbon)
Qu’est-ce qu’un Flux?
Ce sont les mouvements d’un élément d’un réservoir à un autre :
Photosynthèse (CO₂ → plantes)
Respiration (plantes/animaux → CO₂)
Combustion (carburants fossiles → CO₂)
Qu’est-ce qu’un puits de carbone?
Un puits de carbone est un réservoir qui absorbe plus de carbone qu’il n’en émet :
Forêts
Océans
Ils limitent l’augmentation du CO₂ dans l’atmosphère.
Qu’est-ce qu’un temps de résidence?
C’est le temps moyen pendant lequel un élément reste dans un réservoir avant d’être transféré ailleurs.
par exemple Le CO₂ reste longtemps dans l’atmosphère (jusqu’à 100 ans ou plus).
Qu’est-ce qu’une séquestration?
La séquestration du carbone consiste à retirer le CO₂ de l’atmosphère et à le stocker à long terme :
Dans les sols (humus)
Dans les forêts (biomasse)
Sous forme de roches carbonatées
Ou par des techniques industrielles (captage et stockage du carbone -
On a vu qu’il se fait un équilibre dans les échanges de CO2 entre l’atmosphère et la surface des océans. Pourquoi alors s’inquiéter de l’augmentation du CO2 atmosphérique puisqu’il se fait cet équilibre?
- C’est vrai qu’il y a un équilibre dynamique naturel entre l’atmosphère et la surface des océans : le CO₂ se dissout dans l’eau ou en ressort, selon les concentrations.
👉 Mais ce système a ses limites :
- ⚖️ Équilibre lent et limité
Cet équilibre n’est pas instantané : il prend du temps (décennies à siècles).
L’océan de surface a une capacité d’absorption limitée.
- 🌡️ Réchauffement des océans
L’eau chaude dissout moins bien le CO₂ → plus l’océan se réchauffe, moins il absorbe de CO₂.
C’est un rétrocontrôle positif : plus il y a de CO₂ → plus il fait chaud → moins les océans absorbent → encore plus de CO₂.
- 🐚 Conséquences sur l’océan lui-même
Le CO₂ dissous forme de l’acide carbonique → acidification des océans.
Cela menace les organismes calcificateurs (coraux, mollusques, plancton).
- 📈 Déséquilibre actuel
Les émissions humaines de CO₂ (industries, transports, déforestation) dépassent largement la capacité d’absorption de l’océan et des écosystèmes terrestres. - Résultat : le CO₂ s’accumule dans l’atmosphère, ce qui entraîne un effet de serre renforcé, donc un réchauffement climatique global.
D’où vient l’oxygène que nous respirons? Sa teneur dans l’atmosphère a-t-elle été toujours la même depuis la formation de la Terre? Expliquez.
- La photosynthèse
- Non. L’atmosphère primitive de la Terre (il y a ~4,5 milliards d’années) ne contenait quasiment pas d’oxygène libre.
Évolution de la teneur en O₂ :
Atmosphère primitive : riche en gaz volcaniques (CO₂, H₂O, CH₄, NH₃), pas d’O₂ libre.
Apparition de la photosynthèse (~2,7 milliards d’années) par les cyanobactéries.
Grande Oxydation (GOE) (~2,4 milliards d’années) :
O₂ commence à s’accumuler dans l’atmosphère.
Formation de la couche d’ozone (O₃) qui protège la vie terrestre.
Fluctuations lentes du taux d’O₂ au fil des ères géologiques.
Pourquoi l’atmosphère terrestre a-t-elle connu un niveau exceptionnellement élevé en oxygène au Carbonifère-Permien?
- 🌲 Forêts géantes et marécages tropicaux:
- Formation de vastes forêts de plantes vasculaires (fougères géantes, lycopodes).
- Ces plantes produisaient énormément d’O₂ par photosynthèse.
- Accumulation massive de biomasse:
- Beaucoup de matière organique ensevelie sans être totalement décomposée.
- Les conditions anaérobies dans les marécages ralentissaient la respiration microbienne → moins de consommation d’O₂.
- Formation des gisements de charbon
- Le carbone piégé dans les sols et transformé en charbon a retiré du CO₂ de l’atmosphère sans “utiliser” l’O₂ produit → accumulation nette d’oxygène.
Y a-t-il une connexion entre la vie sur Terre et le cycle de l’azote? Expliquez.
L’azote est essentiel à la vie :
Il entre dans la composition des protéines (acides aminés), de l’ADN et de l’ARN.
Sans azote disponible, la croissance des êtres vivants est limitée
cependant, Le N” est inutilisable directement par la plupart des êtres vivants (d’où la nécessité d’un cycle de transformation biologique et géologique)
Quels sont les trois grands processus impliqués dans le cycle de l’azote? Expliquez.
- Fixation de l’azote (N₂ → NH₃/NH₄⁺) :
Par des bactéries fixatrices (ex. Rhizobium, cyanobactéries).
Ou de manière abiotique (éclairs, engrais industriels).
Rend l’azote disponible pour les plantes sous forme d’ammonium.
- Nitrification (NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻) :
Réalisée par des bactéries nitrifiantes (Nitrosomonas, Nitrobacter).
Transforme l’ammonium en nitrates que les plantes peuvent aussi absorber.
- Dénitrification (NO₃⁻ → N₂) :
Par des bactéries anaérobies dans les sols humides.
Remet l’azote dans l’atmosphère, fermant le cycle.
Y a-t-il une connection entre la vie sur Terre et le cycle du phosphore? Expliquez.
Le phosphore (P) est vital :
Il entre dans la composition des ADN, ARN, ATP (énergie cellulaire) et phospholipides des membranes.
on le retrouve dans les squelettes des organisme sous forme de PO4
Sans phosphore, il n’y a ni reproduction cellulaire, ni transfert d’énergie.
Parcontre:
Contrairement à l’azote, il n’existe pas sous forme gazeuse dans l’atmosphère.
Le cycle du phosphore est majoritairement sédimentaire (roches, sols, eau).
Le phosphore est un élément limitatif dans plusieurs écosystèmes terrestres. Expliquez.
Raison principale :
Le phosphore est libéré très lentement par l’altération des roches.
Il est souvent bloqué dans les sols (forme insoluble).
Il n’est pas recyclé rapidement comme l’azote ou le carbone.
Alors, Dans de nombreux écosystèmes (forêts, lacs), la croissance des plantes dépend de la quantité de phosphore disponible.
Cela fait du phosphore un élément limitant, notamment en zones tropicales ou anciennes.
🧪 C’est aussi pourquoi le phosphore est un composant majeur des engrais.
Expliquez la connection qui existe entre le cycle du soufre et la tectonique des plaques?
Entrée dans le manteau :
Le soufre est subduit dans les zones de subduction :
Présent dans les sédiments marins.
Transporté sous forme de minéraux sulfurés.
Remontée :
Volcanisme : le soufre est libéré dans l’atmosphère sous forme de gaz (SO₂).
Sources hydrothermales sous-marines (fumeurs noirs) libèrent aussi du soufre.
🌋 Le soufre recyclé par la tectonique influence le climat à long terme et nourrit les écosystèmes profonds.
