Il existe quelques types d’atomes qui peuvent faire partie d’une plante un jour, d’un animal le lendemain, puis se déplacer en aval dans l’eau d’une rivière le lendemain. Ces atomes peuvent faire partie à la fois des êtres vivants comme les plantes et les animaux, ainsi que des êtres non vivants comme l’eau, l’air et même les roches. Les mêmes atomes sont recyclés dans les différentes parties de la Terre. Ce type de cycle d’atomes entre êtres vivants et non vivants est connu sous le nom de cycle biogéochimique.,
Tous les atomes qui sont des éléments constitutifs des êtres vivants font partie des cycles biogéochimiques. Les plus courants sont les cycles du carbone et de l’azote.
de minuscules atomes de carbone et d’azote sont capables de se déplacer autour de la planète à travers ces cycles. Par exemple, un atome de carbone est absorbé par l’air dans l’eau de l’océan où il est utilisé par peu de plancton flottant faisant la photosynthèse pour obtenir la nutrition dont ils ont besoin., Il est possible que ce petit atome de carbone devienne une partie du squelette du plancton, ou une partie du squelette du plus grand animal qui le mange, puis une partie d’une roche sédimentaire lorsque les êtres vivants meurent et que seuls les os restent. Le carbone qui fait partie des roches et des combustibles fossiles comme le pétrole, le charbon et le gaz naturel peut être maintenu à l’écart du reste du cycle du carbone pendant une longue période. Ces lieux de stockage à long terme sont appelés « éviers”. Lorsque les combustibles fossiles sont brûlés, le carbone qui était sous terre est envoyé dans l’air sous forme de dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre.,
récemment, les gens ont fait changer ces cycles biogéochimiques. Lorsque nous abattons des forêts, fabriquons plus d’usines et conduisons plus de voitures qui brûlent des combustibles fossiles, la façon dont le carbone et l’azote se déplacent autour de la Terre change. Ces changements ajoutent plus de gaz à effet de serre dans notre atmosphère et cela provoque le changement climatique.
le Cycle du carbone
l’élément carbone fait partie de l’eau de mer, de l’atmosphère, des roches telles que le calcaire et le charbon, des sols, ainsi que de tous les êtres vivants., Sur notre planète dynamique, le carbone est capable de se déplacer d’un de ces royaumes à un autre dans le cadre du cycle du carbone.
- Le carbone se déplace de l’atmosphère vers les plantes. Dans l’atmosphère, le carbone est attaché à l’oxygène dans un gaz appelé dioxyde de carbone (CO2). Grâce au processus de photosynthèse, le dioxyde de carbone est extrait de l’air pour produire des aliments fabriqués à partir de carbone pour la croissance des plantes.
- Le carbone passe des plantes aux animaux. À travers les chaînes alimentaires, le carbone contenu dans les plantes se déplace vers les animaux qui les mangent. Les animaux qui mangent d’autres animaux obtiennent le carbone de leur nourriture aussi.,
- Le carbone se déplace des plantes et des animaux vers les sols. Lorsque les plantes et les animaux meurent, leur corps, leur bois et leurs feuilles se désintègrent, amenant le carbone dans le sol. Certains est enterré et deviendront des combustibles fossiles dans des millions et des millions d’années.
- Le carbone se déplace des êtres vivants vers l’atmosphère. Chaque fois que vous expirez, vous libérez du dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère. Les animaux et les plantes doivent se débarrasser du dioxyde de carbone par un processus appelé respiration.
- Le carbone se déplace des combustibles fossiles vers l’atmosphère lorsque les combustibles sont brûlés., Lorsque les humains brûlent des combustibles fossiles pour alimenter des usines, des centrales électriques, des voitures et des camions, la majeure partie du carbone pénètre rapidement dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Chaque année, cinq milliards et demi de tonnes de carbone est libéré par la combustion de combustibles fossiles. De cette quantité massive, 3,3 milliards de tonnes restent dans l’atmosphère. Le reste se dissout dans l’eau de mer.
- Le carbone se déplace de l’atmosphère vers les océans. Les océans, et d’autres plans d’eau, absorbent un peu de carbone de l’atmosphère. Le carbone est dissous dans l’eau.,
Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre et emprisonne la chaleur dans l’atmosphère. Sans elle et sans d’autres gaz à effet de serre, la Terre serait un monde gelé. Mais depuis le début de la révolution industrielle il y a environ 150 ans, les humains ont brûlé tellement de carburant et libéré tellement de dioxyde de carbone dans l’air que le climat mondial a augmenté de plus d’un degré Fahrenheit. L’atmosphère n’a pas conservé autant de carbone depuis au moins 420 000 ans selon les données des carottes de glace., L’augmentation récente des quantités de gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone a un impact significatif sur le réchauffement de notre planète.
Le carbone se déplace également à travers notre planète sur des échelles de temps plus longues. Par exemple, sur des millions d’années, l’altération des roches sur terre peut ajouter du carbone à l’eau de surface qui finit par s’écouler vers l’océan. Sur de longues échelles de temps, le carbone est éliminé de l’eau de mer lorsque les coquilles et les os des animaux marins et du plancton s’accumulent sur le fond marin. Ces coquilles et OS sont faits de calcaire, qui contient du carbone., Lorsqu’ils sont déposés sur le fond de la mer, le carbone est stocké du reste du cycle du carbone pendant un certain temps. La quantité de calcaire déposée dans l’océan dépend quelque peu de la quantité d’océans chauds, tropicaux et peu profonds sur la planète, car c’est là que vivent des organismes prolifiques producteurs de calcaire tels que les coraux. Le carbone peut être libéré dans l’atmosphère si le calcaire fond ou est métamorphosé dans une zone de subduction.
le Cycle de L’azote
L’azote est un élément qui se trouve à la fois dans la partie vivante de notre planète et dans les parties inorganiques du système terrestre., L’azote se déplace lentement tout au long du cycle et est stocké dans des réservoirs tels que l’atmosphère, les organismes vivants, les sols et les océans.
la majeure partie de l’azote sur Terre se trouve dans l’atmosphère. Environ 80% des molécules de l’atmosphère terrestre sont constituées de deux atomes d’azote liés entre eux (N2). Toutes les plantes et les animaux ont besoin d’azote pour faire des acides aminés, des protéines et de l’ADN, mais l’azote dans l’atmosphère n’est pas dans une forme qu’ils peuvent utiliser., Les molécules d’azote dans l’atmosphère peuvent devenir utilisables pour les êtres vivants lorsqu’elles sont brisées lors d’éclairs ou d’incendies, par certains types de bactéries ou par des bactéries associées aux légumineuses. D’autres plantes obtiennent l’azote dont elles ont besoin des sols ou de l’eau dans laquelle elles vivent principalement sous forme de nitrate inorganique (NO3-). L’azote est un facteur limitant pour la croissance des plantes. Les animaux obtiennent l’azote dont ils ont besoin en consommant des plantes ou d’autres animaux qui contiennent des molécules organiques composées en partie d’azote., Lorsque les organismes meurent, leur corps se décompose apportant l’azote dans le sol sur terre ou dans les océans. À mesure que les plantes et les animaux morts se décomposent, l’azote est converti en formes inorganiques telles que les sels d’ammonium (NH4+ ) par un processus appelé minéralisation. Les sels d’ammonium sont absorbés sur l’argile dans le sol, puis modifiés chimiquement par les bactéries en nitrite (NO2-) puis en nitrate (NO3- ). Le Nitrate est la forme couramment utilisée par les plantes. Il est facilement dissous dans l’eau et lessivé du système de sol., Le nitrate dissous peut être renvoyé dans l’atmosphère par certaines bactéries par un processus appelé dénitrification.
certaines actions de l’homme modifient le cycle de l’azote et la quantité d’azote stockée dans les réservoirs. L’utilisation d’engrais riches en azote peut entraîner une charge nutritive dans les cours d’eau voisins, car les nitrates provenant de l’engrais se déversent dans les cours d’eau et les étangs. L’augmentation des niveaux de nitrate provoque une croissance rapide des plantes jusqu’à ce qu’elles épuisent l’approvisionnement en nitrate et meurent., Le nombre d’herbivores augmente lorsque l’approvisionnement en plantes augmente, puis les herbivores sont laissés sans source de nourriture lorsque les plantes meurent. De cette façon, les changements dans l’approvisionnement en nutriments affecteront l’ensemble de la chaîne alimentaire. De plus, les humains modifient le cycle de l’azote en brûlant des combustibles fossiles et des forêts, ce qui libère diverses formes solides d’azote. L’Agriculture affecte également le cycle de l’azote. Les déchets associés à l’élevage libèrent une grande quantité d’azote dans le sol et l’eau. De la même manière, les déchets d’eaux usées ajoutent de l’azote aux sols et à l’eau.,
pollution de l’azote et de l’Air
Une brume disgracieuse de smog, visible depuis le laboratoire mesa de NCAR, repose au-dessus de Boulder Valley. (Image: UCAR)
l’oxyde nitrique (NO) et le dioxyde d’azote (NO2) sont ensemble connus sous le nom d’oxydes d’azote. Ces oxydes d’azote contribuent au problème de la pollution de l’air, jouant un rôle dans la formation du smog et des pluies acides. Ils sont libérés dans l »atmosphère de la Terre par des sources naturelles et générées par l » homme.
l’oxyde nitrique est un gaz incolore et inflammable avec une légère odeur., Le dioxyde d’azote est un gaz rouge-orange profond toxique mais non inflammable. Avec les aérosols, il est responsable de la couleur brun rougeâtre du smog. À des concentrations élevées, il est hautement toxique et peut causer de graves lésions pulmonaires. Le dioxyde d’azote est un puissant oxydant, et est donc très réactif avec d’autres composés.
Les scientifiques estiment qu’entre 20 et 90 millions de tonnes d’oxydes d’azote sont produites naturellement chaque année à partir de sources telles que les volcans, les océans, la désintégration biologique et les éclairs., Les activités humaines ajoutent 24 millions de tonnes supplémentaires d’oxydes d’azote à notre atmosphère chaque année.
le NO et le NO2 se forment lors de la combustion à haute température dans l’atmosphère, lorsque l’oxygène se combine avec l’azote. Les gaz d’échappement des voitures et des camions sont des sources majeures d’oxydes d’azote, tout comme les émissions des centrales électriques. L’échappement Automobile a plus de NO que de NO2, mais une fois que le NO est libéré dans l’atmosphère, il se combine rapidement avec l’oxygène dans l’air pour former du NO2.
Les oxydes D’azote sont au moins partiellement responsables de plusieurs types de pollution atmosphérique., Le dioxyde d’azote donne sa couleur à la brume brun rougeâtre que nous appelons smog. La Photodissociation du dioxyde d’azote par la lumière du soleil produit de l’oxyde nitrique et de l’ozone dans la troposphère, qui est un autre composant du smog. Une série de réactions chimiques transforment les composés organiques volatils (COV) en substances qui se combinent avec le dioxyde d’azote pour produire du PAN (nitrate de Peroxyacytyle), un autre élément du smog. De dioxyde d’azote dans l’air réagit avec la vapeur d’eau pour former de l’acide nitrique, l’un des acides les pluies acides. La concentration d’oxyde nitrique dans l’air non pollué est d’environ 0,01 ppm., Dans le smog, la concentration augmente de vingt fois pour atteindre environ 0,2 ppm.
bien que les oxydes d’azote aient acquis une distinction douteuse en tant que polluants, ils sont également utilisés de manière bénéfique dans certains procédés industriels. L’oxyde nitrique est fabriqué à grande échelle et est ensuite utilisé pour fabriquer de l’acide nitrique (HNO3). Pour créer de l’oxyde nitrique à usage industriel, les chimistes combinent de l’ammoniac (NH3) avec de l’oxygène (O2), libérant de l’eau (H2O) comme sous-produit. Les composés azotés dérivés de l’acide nitrique sont utilisés pour créer des engrais chimiques, des explosifs et d’autres substances utiles.