Répondre aux questions suivantes qui permettront d'expliquer les flux dans les cycles biogéochimiques.
Comment caractérise-t-on un flux dans un cycle biogéochimique ?
En général, dans les cycles biogéochimiques tels que le cycle du carbone, les flux s'expriment en gigatonnes de carbone par an (GTC/an).
Un flux s'exprime donc en unité de masse en fonction du temps. Les unités de grandeur dépendent de l'importance du flux et de la quantité de particules échangées.
Qu'est-ce qu'un cycle biogéochimique ?
Un cycle biogéochimique est la représentation schématique de ce qu'il se passe entre différents réservoirs. Il existe des réservoirs atmosphériques, océaniques, lithosphériques, etc. Ces réservoirs sont connectés par des flux. Les flux peuvent aller dans les deux sens, dans un seul sens, ne pas être établi entre certains réservoirs, etc.
Chaque réservoir est caractérisé par le temps de résidence : temps que reste une particule d'un élément considéré dans le réservoir. Par exemple, pour le cycle du carbone, la particule de carbone reste environ 40 000 ans dans le réservoir océanique.
Dans un réservoir tel que la biosphère, quels sont les flux qui peuvent exister ?
Au sein de la biosphère, les producteurs primaires produisent de la matière organique qui est consommé par les consommateurs. Il y a donc un flux de matière qui va des producteurs vers les consommateurs.
À leur mort, les consommateurs et les producteurs primaires voient leur matière organique être décomposée en matière minérale via l'action des décomposeurs. Il y a donc un flux des consommateurs et/ou producteurs primaires vers les décomposeurs.
Pour caractériser un réservoir et sa biomasse, on établit un bilan de matière.
Comment est-il fait ?
Afin de caractériser un réservoir, ce qui peut également nous permettre de calculer le temps de résidence, on peut effectuer un bilan de matière. Pour effectuer ce bilan, on fait la somme les flux en entrée et en sortie et on divise la somme totale par deux. On effectue donc une moyenne sur les flux en entrée et en sortie.
Dans le cycle du carbone, quels sont les flux permettant l'entrée du carbone dans le réservoir biosphère ?
La photosynthèse absorbe du \ce{CO2} et produit de l'\ce{O2}. Or, dans la biosphère, les êtres vivants réalisant la photosynthèse sont consommés par les consommateurs primaires, secondaires, tertiaires, etc. Il y a donc entrée du carbone dans la biosphère grâce à la photosynthèse.
Dans le cycle du carbone, quels sont les deux flux qui permettent la sortie du carbone de la biosphère ?
Au moins deux flux permettent la sortie du carbone de la biosphère. La respiration produit du \ce{CO2}, donc du carbone, qui est rejeté dans le réservoir atmosphère. La fossilisation permet l'entrée de carbone dans la lithosphère (penser à comment se sont formés les roches telles que le charbon et le pétrole : par entrée de matière morte végétale ou animale, dans la lithosphère).
Dans un cycle biogéochimique, on définit des puits et des sources.
Parmi les définitions suivantes, laquelle correspond à celle de puits ?
On dit que les forêts sont des puits à \ce{CO2} car les arbres, en réalisant la photosynthèse, absorbe du \ce{CO2}. Ils captent et stockent le \ce{CO2} et le transforment en matière organique.
Au contraire, une source est un élément capable de relâcher à tout moment l'élément considéré.
Dans le cycle du carbone, l'océan est un réservoir en échange avec l'atmosphère et la biosphère terrestre notamment.
Quels sont les flux expliquant que l'océan capte une partie du surplus de \ce{CO2} émis par les activités humaines ?
Les océans captent une partie du surplus de \ce{CO2} par deux mécanismes. Le \ce{CO2} peut se dissoudre dans l'océan (formation de \ce{H2CO3^{2-}}). Cependant, cela a des conséquences néfastes sur la formation des coquilles calcaires de certains microorganismes. Le \ce{CO2} est aussi capté par le phytoplancton afin d'effectuer la photosynthèse.
Un cycle biogéochimique est un schéma représentant des réservoirs reliés par des flux de matière. Ces flux sont exprimés en unité de masse par unité de temps et permettent de définir des temps de résidence pour chaque réservoir. Un flux est un échange de matière entre deux réservoirs, cet échange de matière a lieu par différents mécanismes. Par exemple, dans le cas du cycle du carbone, la biosphère échange du carbone avec l'atmosphère par la respiration et inversement par la photosynthèse. L'atmosphère échange du carbone avec la lithosphère via l'altération.
Il existe également des flux au sein de chaque réservoir. Si on prend l'exemple de la biosphère, à l'intérieur de la biosphère, il y a des producteurs (des végétaux) et des consommateurs (des animaux principalement). Il existe un flux de matière organique entre ces différents acteurs de la biosphère. Les producteurs produisent de la matière organique à partir de matière minérale. La matière organique des producteurs est mangée par les consommateurs primaires. La matière organique des consommateurs primaires est mangée par les consommateurs secondaires et ainsi de suite. À leur mort, producteurs et consommateurs ont leur matière organique transformée en matière minérale grâce à l'action des décomposeurs.
Les flux dans les cycles biogéochimiques peuvent être étudiés à différentes échelles et pour différents composés.