Document 1 : L’effet de serre (pour information)

1. Document 1 : L’effet de serre (pour information) Le soleil ne chauffe pas directement l'air mais bien les objets solides (le terre) ou liquides (la mer) qui a leur tours réchauffe l'air. Dans une Serre, les rayons du soleil passent à travers les vitres. Ils chauffent les plantes et les autres objets solides, et donc, ils réchauffent l'air. Comme nous sommes dans un espace clos, l'ait chaud ne peut pas s'échapper. L'atmosphère terrestre est le théâtre d'un processus similaire. Les rayons du soleil traversent l'atmosphère transparente et réchauffent les continents et les mers. La couche inférieure de l'atmosphère est ensuite réchauffée en entrant en contact avec la terre et les océans réchauffés. L'air en tant que tel n'est pas chauffé par le Soleil. Une partie de la chaleur émise par la terre repart dans l'espace. S'il en était ainsi, la température moyenne de la terre serait de -18°C, soit 33°C de moins que la température moyenne actuelle de la terre. Il ferait ainsi bien plus froid qu’au cours des périodes glaciaires.  Cette chaleur est en partie absorbée par les molécules de ces gaz à effet de serre. Puis elle est restituée en direction de l’atmosphère, assurant ainsi un climat confortable. L’effet de serre ne constitue pas en soi un problème. Bien au contraire, comme tout le monde le sait, il est indispensable à la vie sur terre. Mais depuis la fin du dix-neuvième siècle, on assiste à une augmentation massive des niveaux de CO2. Sources https://www.planetseed.com/fr/node/15512 Schlumberger Excellence in Educational Development

2. Document 2 : océans, puits de carbone Le plancton et d'autres organismes marin utilisent le CO2 dissout dans l'eau (sous forme de carbonate (HCO3-)) ou prélevé dans leur nourriture pour constituer leurs squelettes et coquilles à base de calcaire minéral CaCO3. (Ca2+ + 2(HCO3)- CaCO3+CO2+H2O). Les squelettes et coquilles calcaires tombent finalement en une « pluie » continue (dite « neige marine ») dans les fonds marins où ils sédimentent lentement pour former les roches sédimentaires. La sédimentation des coquilles est à l'origine de la plupart des roches contenant du calcaire (craies, calcaire, marne etc.). Ce calcaire ou carbonate de calcium (CaCO3) reste stocké pendant des centaines de millions d'années (délai de renouvellement moyen : 330 millions d'années) Source : wikipédia, mai 2011 http://fr.wikipedia.org/wiki/Puits_de_carbone

3. Document 3 : océans, puits de carbone (2) Depuis le début de l’ère industrielle, la concentration de gaz carbonique dans l’atmosphère a fortement augmenté. Une des préoccupations actuelles des océanographes est de comprendre le devenir de ce gaz dans le milieu marin. Dans l’eau de mer, le gaz carbonique se dissout et ce d’autant plus que l’eau est froide. Le carbone est ensuite soit entraîné par les courants marins, soit assimilé par le « vivant ». Les algues (phytoplancton) le fixent, puis ces algues sont broutées par des animaux (zooplancton). Cette chaîne de vie produit des déchets : excrétions, cadavres… Une grande partie de ces déchets sera à nouveau dissoute, libérant carbone et sels minéraux. Le suivi du carbone dans l’océan requiert donc la mesure des propriétés de l’eau et également de la vie qui s’y développe. Certaines de ces mesures se font de façon répétitive, afin d’observer la réponse de l’océan au changement climatique. En plus des échanges mécaniques liés à la formation des eaux de fond, les eaux froides de l'océan Austral jouent un rôle très important dans le cycle du carbone car, à travers le phytoplancton et l'ensemble de la chaîne trophique, un volume significatif de carbone est progressivement stocké dans la masse de l’océan mondial. Les scientifiques parlent de « puits de CO 2 » qui participent à la régulation de la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère terrestre, en emprisonnant le CO 2 pour des siècles au fond des océans. Chaque année, l’océan mondial échange naturellement avec l’atmosphère 90 milliards de tonnes de carbone. En plus du cycle naturel, il engloutit chaque année environ la moitié du CO2 émis dans l’atmosphère par les activités humaines, soit deux milliards de tonnes de carbone supplémentaires. Des études récentes semblent montrer que le puits de carbone dans l'océan Austral a cessé d'augmenter. Source : Climat, une enquète aux pôles, site du cnrs http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dospoles/alternative.html En sachant que : 1) Le réchauffement climatique augmente la température des eaux 2) Le CO2 dissout dans l’eau implique une acidification de l’océan A l’aide des informations ci-dessus et de tes connaissances, réponds aux questions suivantes Si le CO2 augmente de trop, 1) Que va-t-il se passer un niveau de la température globale de la terre? Des océans ? 2) Explique quels effets une augmentation de la température des océans pourrait avoir sur le cycle du carbone 3) Si malgré tout une grande quantité de CO2 était absorbé par les océans, que pourrait-il se passer de néfaste concernant ce cycle du carbone ?

4. Document 4 : Les réservoirs de carbone (pour information) Le cycle du carbone est un exemple idéal pour comprendre la relation entre les différentes enveloppes terrestres. En effet, il est présent sous différentes formes dans chacune de celles-ci : On trouve du carbone essentiellement dans la lithosphère, réserve de carbone minéral, sous forme de CaCO3 (80.106 Gigatonnes). On y trouve également 27 000 Gt de carbone dans la matière organique fossile : charbon, pétrole, gaz. La formation de ces roches non minéralisées est due à l’enfouissement rapide de grosses quantités de matière organique. Exploités par l’Homme pour des raisons énergétiques, ces gisements ne sont pas renouvelables. C'est pourquoi les sociétés humaines se tournent aujourd'hui vers de nouvelles solutions énergétiques. Le carbone est également présent en grande quantité dans l’hydrosphère avec 39 000 Gt de CO2 dissous ; principalement sous forme de HCO3-, mais également sous forme de CO32-. L’atmosphère a une teneur très faible en CO2. Les 770 Gt qui s’y trouvent ne représentent que 0.035% de la masse totale. Comparativement, Mars et Vénus ont une atmosphère composée de plus de 90% de CO2. Les être vivants de la biosphère sont constitués de carbone (principal composant des protides, lipides et glucides). Ce réservoir est estimé à 600 Gt. De plus, les sols et les détritus issus de l'activité des êtres vivants représentent quant à eux un réservoir 4 fois plus important avec 2 600 Gt de carbone. Source : cnrs : le cycle du carbone http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelaterreaulycee/contenu/dyn_ext2-1.htm

5. Document 5 : Le cycle de l’azote L’atmosphère terrestre se compose de près de 80 % d’azote moléculaire (N2). L'azote atmosphérique ne peut-être directement utilisé par les plantes pour fabriquer les molécules organiques azotées dont elles auront besoin. En effet, les plantes ne peuvent fixer que l'azote sous forme de nitrate (NO3-) ou en ammonium (NH4+). On parle d’assimilation des nitrates. Contrairement aux autres minéraux, NO3- et NH4+ ne proviennent pas de la désagrégation de la roche mère mais bien du recyclage de la matière organique. La décomposition de l’humus constitue en effet, à court terme, la source principale de minéraux azotés. Une autre manière d’emmagasiner l’azote dans le sol est le processus de fixation de l’azote. Ce processus consiste à transformer de l’azote atmosphérique en ammoniac (NH3). Seuls quelques procaryotes ont la capacité de fixer le diazote atmosphérique. Il s’agit : 1) De certaines bactéries du sol 2) Des bactéries des nodules des légumineuses Les légumineuses abritent à leurs racines une flore bactérienne bien particulière. Ces bactéries (Rhizobuim) vivent dans les nodosités des racines et sont en symbiose avec les plantes. La plante fournit aux bactéries des sucres et des protections, tandis que les bactéries fournissent à la plante des nitrates qu'elles fabriquent directement à partir de l'azote atmosphérique grâce à une enzyme la nitrogénase. 3) Quelques cyanobactéries fixent le diazote dans les écosystèmes aquatiques. Les organismes fixateurs d’azote libèrent l’ammoniac (NH3) qui n’a pas servit à leurs besoins métaboliques, les mettant ainsi à la disposition des autres organismes. Il faut noter que la transformation de l'azote atmosphérique en nitrate peut aussi s'effectuer sous l’action des décharges électriques (ou orages). En effet, les hautes pressions et hautes températures engendrées au voisinage d'un éclair induisent la formation d'oxyde d'azote dans l'atmosphère. D’autre part, la production industrielle d’engrais fixe une quantité non négligeable de diazote; les engrais forment en effet une part importante de la matière azotée et dans l’eau des régions agricoles (et causent des problèmes écologiques). Bien que les végétaux puissent utiliser l’ammoniac directement, la majeure partie de l’ammoniac du sol sert de source d’énergie à des bactéries aérobies; ces bactéries oxydent l’ammoniac en nitrite (NO2-), puis en nitrate (NO3-) dans un processus appelé nitrification. Les végétaux incorporent le nitrate et l’incorpore à des composés organiques comme les acides aminés. Les animaux ne peuvent assimiler que l’azote organique en mangeant les végétaux ou d’autres animaux. Certaines bactéries tirent l’oxygène nécessaire à leur métabolisme du nitrate plutôt que de l’oxygène moléculaire. A la suite de ce processus de dénitrification, une certaine quantité de nitrate est reconvertie en diazote et renvoyé dans l’atmosphère. Beaucoup de bactéries et d’eucaryotes décomposent l’azote organique en ammoniac, un processus appelé ammonification. Les détritivores en particulier renvoie ainsi une grande quantité d’azote dans le sol. NB : les processus de fixation d’azote et de dénitrification sont moins important, en terme de recyclage de l’azote, que le processus d’ammonification.En effet, bien que la fixation d’azote ait fortement contribué au réservoir d’azote disponible, elle ne fournit qu’une petite partie de l’azote assimilé chaque année par les plantes.. Cependant de nombreuses espèces végétales doivent s’associer à des bactéries fixatrices d’azote pour obtenir ce nutriment essentiel sous une forme assimilable. Sources : Biologie, Campbell, p 1144.

6. Document 6 : Le cycle de l’azote Processus ……………….. Bactéries …………………. Processus ……………….. Processus ……………….. Bactéries …………………. décomposeurs Bactéries …………………. Processus ……………….. Bactéries …………………. Processus ……………….. Bactéries …………………. Source : inspiré Campbell, figure 49.12