Cycle du CO₂

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Objectif :

Le dioxyde de carbone, CO₂, est présent dans la lithosphère, l'hydrosphère, l'atmosphère et la biosphère.

Comment les échanges s'effectuent-ils entre ces enveloppes ?

1. Les enveloppes externes, réservoirs de carbone

Le carbone est présent dans toutes les enveloppes externes de la Terre, atmosphère, hydrosphère, lithosphère et biosphère sous diverses formes.

L'atmosphère contient du carbone sous forme de dioxyde de carbone gazeux. La réserve de carbone atmosphérique est d'environ 750 Gt (Gt = milliards de tonnes).

Le carbone de l'hydrosphère est essentiellement présent sous forme de CO₂ dissous et d'ions hydrogénocarbonates (HCO₃^-) et carbonates (CO₃^2-). La quantité de carbone océanique est d'environ 38 000 Gt.

La lithosphère est le principal réservoir de carbone avec une quantité comprise entre 30 et 40 millions de Gt. Le carbone y est essentiellement présent sous forme minérale dans les roches calcaires mais également sous forme organique dans les roches carbonées, pétrole et charbon.

Enfin la biosphère (comprenant animaux, végétaux et matière organique en décomposition) présente du carbone sous forme hydrogénée dans les molécules organiques. La quantité de carbone présente renferme la biosphère continentale, 2 000 Gt et océanique, environ 3 Gt.

Doc. 1. Quantité et forme du carbone présent dans les différentes enveloppes.

2. Une inter-relation entre les enveloppes

a. Un couplage atmosphère-hydrosphère

Le dioxyde de carbone est soluble dans l'eau. Cette solubilité dépend de la température de l'eau.
Il se présente sous trois formes, CO₂ dissous, HCO₃^- et CO₃^2- en équilibre chimique :

Ainsi, le CO₂ atmosphérique se retrouve dans l'hydrosphère, dans les régions froides, alors que celle-ci en cède dans les régions chaudes, la solubilité diminuant avec la température. On estime que la totalité du dioxyde de carbone atmosphérique est échangée avec l'hydrosphère tous les huit ans.

b. Des échanges avec la biosphère

Les êtres vivants participent activement aux échanges de carbone entre les enveloppes.

Le CO₂ atmosphérique ou dissous dans l'eau est ainsi prélevé par la biosphère continentale et marine au cours de la photosynthèse. Dans le même temps, la respiration et les fermentations d'êtres vivants dégradent des molécules organiques donnant ainsi du CO₂ à l'atmosphère ou à l'hydrosphère.

Le carbone de la biosphère est ainsi renouvelé tous les 5 ans.

c. Les échanges avec la lithosphère

Diminution du carbone...

Dans les océans, la précipitation des ions carbonates (ou l'incorporation du dioxyde de carbone dans les coquilles) conduit à une sédimentation des roches carbonatées. Les calcaires conduisent à une réduction de la quantité du dioxyde de carbone du milieu. De la même façon, la fossilisation des matières organiques sous forme de roches carbonées immobilise une partie du carbone.

Augmentation du carbone...

Les processus de dissolution des calcaires, l'altération des roches ou le volcanisme vont quant à eux, permettre un retour du dioxyde de carbone lithosphérique dans l'atmosphère.

L'essentiel

L'exemple du dioxyde de carbone montre un couplage entre les différentes enveloppes superficielles. Il va ainsi pouvoir passer d'un réservoir à l'autre au cours de processus chimiques ou biologiques.