cycle du carbone

DIVERSITÉ ET COMPLÉMENTARITÉ
DES MÉTABOLISMES (10 semaines)

Chapitre 5 : Le cycle du carbone dans les écosystèmes

I : Carbone minéral, carbone organique : A : Les échanges à l'état minéral p83, 84 : Le carbone minéral (Cmin) se trouve à l’état oxydé dans l’atmosphère, sa concentration dépend d’échanges physico-chimiques avec l’océan selon les variations de pression partielle et température : les eaux froides puisent le CO2atm, les eaux chaudes en sont la source (le CO2 retournedans l'atmosphère). La concentration du CO2 dans l'atmosphère dépend aussi d’échanges biochimiques avec la biosphère marine. Celle-ci crée ses tests et ses coquilles en bio-précipitant le CO3^2- en carbonate de calcium (CaCO3). La concentration en ion restant stable dans l'eau, au fur et à mesure que les êtres marins pompent le CO3^2-, du CO2atm se dissout en même proportion. Seule une petite partie du Corg se trouve immobilisée de façon durable sous forme de roches carbonées. B : Passage de l'état minéral à l'état organique p87, 88 : Les producteurs primaires autotrophes utilisent le Cmin du CO2 atmosphérique pour constituer les chaînes carbonées (glucides, lipides et protides), bases du vivant. Le carbone se trouve alors à l’état réduit et est nommé carbone organique (Corg) dans la matière constitutive des êtres vivants. Le taux d'assimilation d'énergie par les plantes, complétée par l'absorption d'ions minéraux donne la productivité primaire exprimée en Joule/m²/an, elle peut être évaluée par mesure de biomasse végétale ajoutée à l'écosystème exprimée en gr/m²/an. La production primaire brute est la formation de toute matière organique à partir de matière minérale par photosynthèse ou plus rarement par chimiosynthèse. La production primaire nette correspond à la matière organique disponible pour le consommateur. La différence correspond à la matière organique convertie en énergie dépensée pour permettre le fonctionnement du métabolisme . C : Les échanges au sein de la biocénose p86, 87 : Des chaînes alimentaires s'entrecroisent dans chaque écosystème. Cet ensemble de chaînes interconnectées constituent le réseau trophique s’établissant au sein de la biocénose. Elles évoluent selon les saisons et les ressources locales. Les consommateurs phytophages (exemple herbivores de niveau trophique C1) mangent des producteurs primaires (niveau trophique P1). Ils sont eux-mêmes mangés par des consommateurs zoophages (exemple carnivores C2) qui peuvent eux aussi être mangés par des superprédateurs (C3). Ces consommateurs utilisent la matière organique de leurs aliments pour construire leur propre corps, aussi les appelle-t-on producteurs hétérotrophes (de niveau P2, P3, P4...). Certains organismes sont détritivores, ils consomment la matière organique morte (excréments, cadavres) essentiellement végétale (ils en mangent les ³/4) et sont donc considérés de niveau C1=P2. D : Retour de l'état organique à l'état minéral p87 : Le C retourne à l'état minéral par la respiration qui oxyde le glucose : C6H2O6+6O2=>énergie+6CO2+6H2O. Une bonne partie de cette énergie est perdue sous forme de chaleur. Le recyclage en matière minérale de la matière organique non dissipée en chaleur se fait par les décomposeurs. Ce sont essentiellement des bactéries qui se nourrissent de matière organique dissoute (créée par la chaîne des détritivores), réalisant une dégradation oxydative qui libère du CO2. Dans un écosystème en équilibre, la production de Corg à partir de Cmin est équivalente à la dégradation de Corg en Cmin.	Transparent : les différents réservoirs Rappel de Seconde chapitre 2 = l'homme modifie le cycle du carbone CD Rom "énergie" exemple d’écosystème, forêts ou océans sont les poumons de la planète TP5a : mise en évidence du recyclage de la matière appareil de Berlèse, microfaune et flore du sol, décomposition expérimentale de la cellulose




II : Régulation de ce cycle : A : Puits et sources de carbone - Les puits désignent les réservoirs où le carbone peut être stocké. La tourbière stocke la matière organique sur plusieurs milliers d'années en grande quantité, son recyclage est ralenti par l'acidité du milieu, ce qui en fait un bon puits. En dehors des zones d'up-welling et des littoraux qui sont riches en sels minéraux, la productivité des océans est très faible, leur grande surface les transforme en puits importants, la matière organique étant stockée pour plusieurs millions d'années sous forme de pétrole et de gaz. - Les sources désignent les zones où le carbone peut être remis en circulation. Par exemple le milieu forestier stocke la matière organique en faible quantité sur une centaine d'année, ce recyclage rapide en fait une bonne source de carbone réduit. B : Équilibre dynamique actuellement perturbé La quantité de carbone circulant normalement entre les réservoirs planétaires est pratiquement constante. Les échanges par respiration équilibrent ceux par photosynthèse, la dissolution océanique suivie de précipitation lithosphérique équilibre le dégazage volcanique. La production primaire dépend non seulement de la quantité d'énergie solaire disponible mais aussi des apports de CO2 et de sels minéraux ainsi que de la température. L'énergie est accumulée dans la matière organique dont la majorité est consommée par respiration pour fournir l'énergie nécessaire au métabolisme. Le transfert au niveau trophique supérieur est donc à très faible rendement (il est plus rentable d’élever des herbivores que des carnivores!). La biomasse se réduisant progressivement à chaque transfert de niveau trophique, le réseau présente la forme d'une pyramide avec beaucoup de végétaux à sa base et peu de superprédateurs à son sommet. L'équilibre d'un réseau trophique est dynamique, une modification de production de biomasse d'un niveau modifie celle du niveau supérieur. Par exemple, l'up-welling océanique favorise le phytoplancton et enrichit tout le réseau trophique qui en dépend ; à l'inverse, une marée noire tue le phytoplancton et détruit une bonne partie du réseau trophique basé sur lui. Les activités humaines perturbent ce cycle du C. L'industrialisation produit trop de CO2, la déforestation limite la photosynthèse, l'exploitation des écosystèmes arctiques vide les tourbières, or tous les écosystèmes sont liés. Le réchauffement de la planète favorise la production primaire dans un premier temps, mais l'évaporation excessive entraînera ensuite une baisse de cette production par fermeture prolongée des stomates puis mort des plantes qui n'auront pas le temps de s'adapter aux conditions désertiques.	TP5b : Étude de cycles forestier / tourbière, océanique / El Niño

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