En utilisant les documents proposés, compléter le schéma explicatif du cycle du carbone, en justifiant les ajouts effectués.
Les êtres vivants échangent du carbone avec l'atmosphère.
La respiration est une minéralisation du carbone et a pour bilan :
\ce{C6H12O6} + 6 \ce{O2} \ce{->} 6 \ce{CO2} + 6 \ce{H2O} + \text{Énergie}
La photosynthèse est une entrée de carbone dans la matière organique et a pour bilan :
6 \ce{CO2} + 6 \ce{H2O} + \text{Énergie lumineuse} \ce{->} \ce{C6H12O6} + 6 \ce{O2}
À peu près chaque année, 20 milliards de tonnes de carbone sont fixées par les végétaux terrestres à partir du gaz carbonique de l'atmosphère et 15 milliards de tonnes sont fixées par les algues.
Les types d'échanges entre les roches et l'atmosphère
Les roches échangent du carbone avec l'atmosphère :
- par le volcanisme : les phénomènes volcaniques sont générateurs de \ce{CO2}, rejeté dans l'atmosphère ;
- par l'altération de roches silicatées. Exemple :
\ce{CaAl2Si2O8} + 3 \ce{H2O} + 2 \ce{CO2} \ce{->} \ce{Al2Si2O5(OH)4} + \ce{Ca2+} + 2 \ce{HCO3-} ; - par précipitation des carbonates et formation de roches calcaires.
Fossilisation et combustion
La fossilisation de la matière organique s'effectue sur des temps très longs (milliers ou millions d'années). Elle aboutit à un piégeage à long terme du carbone de la matière organique avec formation de combustibles fossiles : pétrole, charbon, tourbe, etc.
La combustion de matière organique (biomasse) ou de combustibles fossiles a pour bilan :
\text{Matière organique} + \ce{O2} \ce{->} \ce{CO2} + \ce{H2O} + \text{Énergie}
Par qui est assurée la respiration ?
La respiration est assurée par tous les organismes ayant les enzymes nécessaires.
Vrai ou faux ? Après la mort d'un organisme vivant, le carbone contenu dans ses molécules organiques est piégé pour très longtemps.
Faux. Dans la plupart des cas, la matière organique des organismes morts est utilisée par les organismes décomposeurs, qui minéralisent le carbone et le renvoient dans l'atmosphère. La fossilisation est un phénomène rarissime.
Quel effet la déforestation peut-elle avoir sur le cycle du carbone ?
S'il y a moins de forêts, il y a moins de photosynthèse, et donc moins de carbone incorporé dans la matière vivante.
Quel effet peut avoir l'altération des roches silicatées sur le cycle du carbone ?
L'altération des silicates consomme du \ce{CO2}, dont le taux diminue dans l'atmosphère lorsque d'importantes chaînes montagneuses sont altérées.
Vrai ou faux ? La quantité de carbone rejeté dans l'atmosphère du fait de l'utilisation des combustibles fossiles équivaut à la quantité de carbone piégé dans ces roches fossiles chaque année.
Faux. La formation des combustibles fossiles s'effectue sur des milliers ou des millions d'années, alors que la combustion se déroule en quelques années. Le rejet par combustion est évidemment beaucoup plus important que la très faible fixation du carbone dans des roches fossiles chaque année.
Il s'agit de montrer comment les documents fournis permettent d'ajouter des flèches et des légendes au schéma initial proposé.
Le document 1 montre des échanges entre la biosphère (les êtres vivants) et l'atmosphère : la respiration est une oxydation des molécules carbonées qui entraîne un rejet de \ce{CO2} dans l'atmosphère. La photosynthèse aboutit, globalement, au phénomène inverse (entrée du carbone dans la biosphère grâce à l'énergie du soleil).
Le document 2 montre que la géosphère et l'atmosphère sont également en interaction et échangent du carbone.
L'altération des silicates entraîne une consommation de \ce{CO2} (ce qui explique la baisse de l'effet de serre lors des grandes phases d'érosion dans l'histoire de la Terre). La précipitation des carbonates aboutit à un rejet de \ce{CO2}. Le volcanisme est également générateur de \ce{CO2}, rejeté dans l'atmosphère (et cela explique pourquoi les grandes phases de volcanisme sont suivies par une élévation de l'effet de serre).
Enfin, le document 3 montre que du carbone peut être piégé sur un temps très long dans des roches fossiles. La combustion de ces roches fossiles aboutit à un retour très rapide du carbone dans l'atmosphère. La combustion de biomasse « fraîche » (bois) aboutit au même rejet de \ce{CO2}.
Le schéma peut donc être complété ainsi :
PM