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16.4B : Le cycle du carbone - Biologie


Le cycle du carbone décrit le flux de carbone de l'atmosphère vers les biosphères marines et terrestres, et la croûte terrestre.

Objectifs d'apprentissage

  • Décrire le flux de carbone à travers la biosphère et la matière abiotique sur terre

Points clés

  • Le carbone atmosphérique est généralement sous forme de CO2. Le dioxyde de carbone est converti en carbone organique par photosynthèse par des producteurs primaires tels que les plantes, les bactéries et les algues.
  • Une partie du carbone organique est renvoyée dans l'atmosphère sous forme de CO2 pendant la respiration. Le reste du carbone organique peut passer d'un organisme à l'autre à travers la chaîne alimentaire. Lorsqu'un organisme meurt, il est décomposé par des bactéries et son carbone est libéré dans l'atmosphère ou le sol.
  • Le carbone se trouve également dans la croûte terrestre, principalement sous forme de calcaire et de kérogènes.

Mots clés

  • lithosphère: La couche externe rigide et mécaniquement résistante de la terre; divisé en douze plaques tectoniques majeures.
  • chimioautotrophe: Un organisme obtenant sa nutrition par l'oxydation de composés non organiques (ou d'autres processus chimiques) ; contrairement au processus de photosynthèse.
  • cycle du carbone: Le cycle physique du carbone à travers la biosphère, la géosphère, l'hydrosphère et l'atmosphère de la Terre qui comprend des processus tels que la photosynthèse, la décomposition, la respiration et la carbonification.

Le cycle du carbone décrit le flux de carbone entre la biosphère, la géosphère et l'atmosphère, et est essentiel au maintien de la vie sur terre.

Dioxyde de carbone atmosphérique : Le carbone dans l'atmosphère terrestre existe sous deux formes principales : le dioxyde de carbone et le méthane. Le dioxyde de carbone quitte l'atmosphère par photosynthèse, entrant ainsi dans les biosphères terrestres et marines. Le dioxyde de carbone se dissout également directement de l'atmosphère dans les plans d'eau (océans, lacs, etc.), ainsi que dans les précipitations lorsque les gouttes de pluie tombent dans l'atmosphère. Lorsqu'il est dissous dans l'eau, le dioxyde de carbone réagit avec les molécules d'eau et forme de l'acide carbonique, qui contribue à l'acidité des océans. L'activité humaine au cours des deux derniers siècles a considérablement augmenté la quantité de carbone dans l'atmosphère, principalement sous forme de dioxyde de carbone, à la fois en modifiant la capacité des écosystèmes à extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère et en l'émettant directement, par ex. en brûlant des combustibles fossiles et en fabriquant du béton.

Biosphère terrestre : La biosphère terrestre comprend le carbone organique de tous les organismes terrestres vivants et morts, ainsi que le carbone stocké dans les sols. Bien que les gens imaginent souvent les plantes comme la partie la plus importante du cycle du carbone terrestre, les micro-organismes tels que les algues unicellulaires et les bactéries chimiotrophes jouent également un rôle important dans la conversion du CO atmosphérique.2 en carbone terrestre. Le carbone est incorporé dans les êtres vivants dans le cadre de molécules organiques, soit par photosynthèse, soit par les animaux qui consomment des plantes et des algues. Une partie du carbone des êtres vivants est libérée par la respiration, tandis que le reste reste dans les tissus. Une fois que les organismes meurent, les bactéries décomposent leurs tissus, libérant du CO2 dans l'atmosphère ou dans le sol.

Biosphère marine : Le cycle du carbone dans la biosphère marine est très similaire à celui de l'écosystème terrestre. CO2 se dissout dans l'eau et les algues, les plantes et les bactéries le transforment en carbone organique. Le carbone peut être transféré entre les organismes (des producteurs aux consommateurs). Leurs tissus sont finalement décomposés par les bactéries et le CO2 est rejeté dans l'océan ou l'atmosphère.

Nasa | Une année dans la vie du CO2 de la Terre: Un modèle informatique de la NASA à ultra-haute résolution a donné aux scientifiques un nouveau regard étonnant sur la façon dont le dioxyde de carbone dans l'atmosphère se déplace autour du globe. Des panaches de dioxyde de carbone dans la simulation tourbillonnent et se déplacent à mesure que les vents dispersent le gaz à effet de serre loin de ses sources. La simulation illustre également les différences de niveaux de dioxyde de carbone dans les hémisphères nord et sud et les variations distinctes des concentrations mondiales de dioxyde de carbone à mesure que le cycle de croissance des plantes et des arbres change avec les saisons. La visualisation du dioxyde de carbone a été produite par un modèle informatique appelé GEOS-5, créé par des scientifiques du Global Modeling and Assimilation Office du Goddard Space Flight Center de la NASA. La visualisation est le produit d'une simulation appelée « Nature Run ». The Nature Run ingère des données réelles sur les conditions atmosphériques et les émissions de gaz à effet de serre et de particules naturelles et artificielles. On laisse ensuite le modèle fonctionner tout seul et simuler le comportement naturel de l'atmosphère terrestre. Cette Nature Run simule janvier 2006 à décembre 2006. Alors que les scientifiques de Goddard ont travaillé avec une version « bêta » de Nature Run en interne pendant plusieurs années, ils ont publié cette version mise à jour et améliorée pour la communauté scientifique pour la première fois à l'automne 2014.

Carbone géologique : La croûte terrestre contient également du carbone. Une grande partie du carbone terrestre est stockée dans le manteau et y est depuis la formation de la terre. Une grande partie du carbone de la lithosphère terrestre (environ 80 %) est stockée dans le calcaire, qui a été formé à partir du carbonate de calcium des carapaces d'animaux marins. Le reste du carbone à la surface de la terre est stocké dans des kérogènes, qui se sont formés lors de la sédimentation et de l'enfouissement d'organismes terrestres sous haute chaleur et pression.


16.4B : Le cycle du carbone - Biologie

Le carbone est l'épine dorsale de la vie sur Terre. Nous sommes faits de carbone, nous mangeons du carbone, et nos civilisations et nos économies mdashour, nos maisons, nos moyens de transport et mdashare construits sur le carbone. Nous avons besoin de carbone, mais ce besoin est également lié à l'un des problèmes les plus graves auxquels nous sommes confrontés aujourd'hui : le changement climatique mondial.

Le carbone est à la fois le fondement de toute vie sur Terre et la source de la majorité de l'énergie consommée par la civilisation humaine. [Photographies ©2007 MorBCN (en haut) et ©2009 sarahluv (en bas).]

Forgé au cœur d'étoiles vieillissantes, le carbone est le quatrième élément le plus abondant de l'Univers. La majeure partie du carbone de la Terre et environ 65 500 milliards de tonnes métriques sont stockées dans les roches. Le reste se trouve dans l'océan, l'atmosphère, les plantes, le sol et les combustibles fossiles.

Le carbone circule entre chaque réservoir dans un échange appelé cycle du carbone, qui a des composantes lentes et rapides. Tout changement dans le cycle qui déplace le carbone hors d'un réservoir met plus de carbone dans les autres réservoirs. Les changements qui mettent du gaz carbonique dans l'atmosphère entraînent des températures plus chaudes sur Terre.

Ce diagramme du cycle rapide du carbone montre le mouvement du carbone entre la terre, l'atmosphère et les océans. Les nombres jaunes sont des flux naturels et les rouges sont des contributions humaines en gigatonnes de carbone par an. Les chiffres blancs indiquent le carbone stocké. (Diagramme adapté de U.S. DOE, Biological and Environmental Research Information System.)

Sur le long terme, le cycle du carbone semble maintenir un équilibre qui empêche tout le carbone terrestre d'entrer dans l'atmosphère (comme c'est le cas sur Vénus) ou d'être stocké entièrement dans les roches. Cet équilibre permet de maintenir la température de la Terre relativement stable, comme un thermostat.

Ce thermostat fonctionne sur quelques centaines de milliers d'années, dans le cadre du cycle lent du carbone. Cela signifie que pour des périodes de temps plus courtes et jusqu'à cent mille ans, la température de la Terre peut varier. Et, en fait, la Terre oscille entre des périodes glaciaires et des périodes interglaciaires plus chaudes à ces échelles de temps. Certaines parties du cycle du carbone peuvent même amplifier ces changements de température à court terme.

Le soulèvement de l'Himalaya, qui a commencé il y a 50 millions d'années, a réinitialisé le thermostat de la Terre en fournissant une grande source de roche fraîche pour attirer plus de carbone dans le cycle lent du carbone par altération chimique. La baisse des températures qui en a résulté et la formation de calottes glaciaires ont modifié le rapport entre l'oxygène lourd et léger dans l'océan profond, comme le montre ce graphique. (Graphique basé sur les données de Zachos et al., 2001.)

Sur des échelles de temps très longues (des millions à des dizaines de millions d'années), le mouvement des plaques tectoniques et les changements dans la vitesse à laquelle le carbone s'infiltre de l'intérieur de la Terre peuvent modifier la température sur le thermostat. La Terre a subi un tel changement au cours des 50 derniers millions d'années, des climats extrêmement chauds du Crétacé (il y a environ 145 à 65 millions d'années) aux climats glaciaires du Pléistocène (il y a environ 1,8 million à 11 500 ans). [Voir Divisions of Geological Time&mdashMajor Chronostratigraphic and Geochronological Units pour plus d'informations sur les ères géologiques.]


Le cycle du carbone

Selon le Loi de conservation de masse, la matière ne peut être ni créée ni détruite. Par conséquent, lorsque les nutriments (c'est-à-dire la matière) sont fondus, brûlés, etc., ils ne sont pas détruits. De plus, lorsque plus de nutriments apparaissent dans une partie de la terre, celle-ci n'a pas été créée. Au contraire, les nutriments circulent dans différentes parties de la terre. Le cycle des nutriments est un système avec des flux et des réservoirs.

Voici un exemple de cycle du carbone typique. Appliquez les concepts appris dans la section précédente au cycle du carbone en utilisant le schéma suivant.

Le diagramme dans l'exemple ci-dessus est similaire à la façon dont les cycles du carbone sont dessinés dans les manuels de biologie. C'est techniquement un système, mais n'illustre pas explicitement comment le carbone se déplace à travers les quatre sphères de la Terre, décrites ci-dessous.

Les quatre sphères de la Terre comprennent l'atmosphère (l'air), la biosphère (tout ce qui est vivant, y compris les organismes vivant dans l'eau), la lithosphère (roches, minéraux, sable) et l'hydrosphère (marine et eau douce).

L'activité suivante se terminera par un cycle du carbone qui se concentre sur ces quatre sphères.

Ce qui suit est une liste de processus décrivant comment le carbone se déplace (c. fluxdu cycle du carbone). Référez-vous aux définitions de chacun de ces processus lors de l'exécution de l'activité ci-dessous.

En utilisant les définitions de chaque flux de carbone ci-dessus, développez un modèle de cycle du carbone. Dans le modèle ci-dessous, chaque coin est l'une des sphères (par exemple, l'atmosphère), et chaque flèche représente un flux, qui est le mouvement du carbone d'une sphère à une autre sphère. Notez que l'une des flèches (entre l'atmosphère et l'hydrosphère) est une double flèche, l'un des flux représente le carbone se déplaçant dans les deux sens entre l'atmosphère et l'hydrosphère.

Pour compléter le modèle ci-dessous, faites glisser chaque flux de carbone (sur le côté droit de l'activité) vers sa flèche appropriée. Les deux flèches rouges en pointillé sont des activités humaines et les flèches noires en trait plein sont des processus naturels.

Sinon, n'hésitez pas à compléter l'activité sous le modèle du cycle du carbone, qui traite des mêmes informations, mais sous forme de phrase.

Cette activité répond aux mêmes objectifs que ci-dessus, mais juste dans un format différent. N'hésitez pas à faire celui-ci à la place ou à le faire avant de créer le modèle visuel ci-dessus.


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