Cycles de matériaux: cycle des éléments nutritifs, du carbone, de l'azote et du soufre
Cycles de matériaux: cycle des éléments nutritifs, du carbone, de l'azote et du soufre!
Cycle de nutriments:
L'apport d'éléments nutritifs autres que le dioxyde de carbone dans un écosystème provient principalement du sol, mais également, dans une moindre mesure, de l'air, sous la pluie et la neige, ainsi que sous forme de poussière.
L'approvisionnement en nombreux nutriments est assez limité car ils sont rares dans le sol et dans d'autres sources. Les nutriments sont recyclés de manière à être incorporés aux plantes et aux animaux, ou rendus disponibles pour l'absorption des plantes par la décomposition des restes de plantes et d'animaux morts.
Les voies des sources aux puits et aux sources sont appelées cycles élémentaires et diffèrent d’un élément à l’autre. Nous considérons brièvement les trois cycles les plus importants, ceux du carbone, de l'azote et du soufre.
Cycle du carbone:
Le carbone est la base de toutes les molécules organiques. Il constitue notre matériel génétique (ADN et ARN) et nos protéines essentielles à la vie. Le carbone est si spécial en raison de sa capacité à se lier à presque n'importe quelle autre molécule. L'élément majeur de notre corps est le carbone.
Le cycle du carbone est le processus par lequel le carbone est recyclé dans l'air, le sol, les plantes, les animaux et les combustibles fossiles. De grandes quantités de carbone existent dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone (CO 2 ). Le dioxyde de carbone est recyclé par les plantes vertes au cours du processus appelé photosynthèse pour produire des molécules organiques (le glucose, qui est un aliment).
C’est de là que vient la nourriture de chaque organisme hétérotrophe. Les animaux font l’opposé des plantes: ils libèrent du dioxyde de carbone dans l’air en tant que déchet de la respiration. (Remarque: les plantes subissent également la respiration pour produire de la nourriture, mais la majeure partie du dioxyde de carbone dans l'air provient de la respiration hétérotrophe). Les décomposeurs, lorsqu'ils décomposent les matières organiques mortes, libèrent également du dioxyde de carbone dans l'air.
Les décomposeurs sont essentiels car sans eux, tout le carbone de la planète serait éventuellement enfermé dans des carcasses mortes et d'autres déchets. La carie permet au carbone d'être libéré dans la chaîne alimentaire. Le carbone est également stocké dans les combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel.
Lorsque ceux-ci sont brûlés, le dioxyde de carbone est également rejeté dans l'air. Les volcans et les incendies libèrent également de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère. Le dioxyde de carbone peut se dissoudre dans l’eau, où une partie est ensuite renvoyée dans l’atmosphère. Le reste peut être pris pour former du carbonate de calcium, qui forme des coquillages, des roches et des squelettes de protozoaires et de coraux.
Le cycle du carbone est une série complexe de processus par lesquels tous les atomes de carbone existants tournent. Les mêmes atomes de carbone dans votre corps aujourd'hui ont été utilisés dans d'innombrables autres molécules depuis le début des temps. Le bois brûlé il y a quelques décennies à peine aurait pu produire du dioxyde de carbone qui, par la photosynthèse, est devenu partie intégrante d'une plante.
Lorsque vous mangez cette plante, le même carbone du bois qui a été brûlé peut devenir une partie de vous. Le cycle du carbone est le grand recycleur naturel d'atomes de carbone. Malheureusement, son importance est rarement suffisamment soulignée. Sans le bon fonctionnement du cycle du carbone, chaque aspect de la vie pourrait être radicalement modifié.
En utilisant l'énergie du soleil, le cycle du carbone de la nature se répercute, de l'atmosphère à la forêt en passant par le retour. Voici comment cela fonctionne. Les arbres absorbent le dioxyde de carbone de l'air à mesure qu'ils grandissent. En fait, environ la moitié de leur poids sec est constitué de ce carbone absorbé. Au fur et à mesure que les vieux arbres meurent et se décomposent ou sont consumés par un feu de forêt, leur carbone est à nouveau rejeté dans l'air sous forme de dioxyde de carbone. C'est le cycle du carbone de la nature.
Lorsque le bois de chauffage est utilisé comme source d'énergie, une partie du cycle naturel du carbone est introduite dans nos maisons pour le chauffer. Un feu sur le foyer libère l'énergie solaire stockée par l'arbre pendant sa croissance. Si l’ensemble du cycle du combustible est pris en compte, un foyer à combustion propre réchauffera votre maison plus efficacement et aura un impact moindre sur l’environnement que toute autre option de combustible.
Les autres options de combustibles - pétrole, gaz et charbon - sont des combustibles fossiles et, une fois brûlés, le vieux carbone enfoui au plus profond de la terre est rejeté dans l'atmosphère. La concentration croissante de dioxyde de carbone provenant de l'utilisation de combustibles fossiles est liée au réchauffement de la planète, au changement climatique et au climat inhabituel observé ces dernières années.
Un feu de bois ne contribue pas au réchauffement planétaire car il ne dégage pas plus de dioxyde de carbone que la forêt naturelle n'en libérerait si elle n'était pas touchée. Utiliser le bois pour le chauffage signifie moins de combustibles fossiles brûlés, moins d'émissions de gaz à effet de serre et un environnement plus sain.
Cycle de l'azote:
Un autre cycle de nutriments important est celui de l'azote. L'azote est un élément extrêmement important pour toute vie. Les protéines, constituantes de toutes les cellules vivantes, contiennent en moyenne 16% d'azote en poids. Les autres substances azotées complexes importantes pour la vie sont les acides nucléiques et les sucres aminés. Sans un apport continu d'azote, la vie sur terre cesserait.
Le cycle de l'azote ressemble un peu au cycle du carbone, mais avec un certain nombre de différences critiques. Même si 79% de l'atmosphère terrestre est composée d'azote élémentaire (N 2 ), ce gaz inerte ne peut être absorbé par la plupart des plantes et des animaux. Cela contraste fortement avec la faible quantité de dioxyde de carbone (0, 03%) dans l'atmosphère, qui est facilement disponible pour l'absorption par les plantes.
Un nombre relativement restreint de microbes sont capables de fixer l'azote atmosphérique de la forme inorganique à la forme organique. Une telle fixation microbiologique est en moyenne de 140 à 700 mg / m 2 par an. Dans les zones agricoles très fertiles, il peut dépasser 20000 mg / m 2 par an.
On sait qu'un certain nombre de bactéries, de champignons et d'algues bleu-vert peuvent fixer l'azote. La fixation de l'azote implique l'incorporation directe de l'azote atmosphérique dans le corps organique des organismes de fixation. Les fixateurs d’azote ne constituent qu’une très petite partie de ces groupes.
Ils peuvent être divisés en:
1. des fixateurs d'azote symbiotiques, qui sont en grande partie des bactéries, et qui sont associés aux racines de légumineuses (membres de la famille des pois et des haricots) et à certaines autres plantes à fleurs, et
2. Fixateurs d'azote vivants libres. Le genre Rhizobium comprend les bactéries qui habitent les nodules qui se développent sur les racines des membres de la famille des pois et des haricots. Ils sont présents dans le sol et infectent les fines racines lors de la croissance des semis. Les racines produisent un nodule spécial qui abrite les rhizobiums, dans lequel les bactéries convertissent l'azote atmosphérique en composants organiques azotés de leurs propres cellules.
Comme les cellules bactériennes meurent très rapidement, cet azote devient disponible pour les plantes supérieures. Les cultures de trèfle et de haricots ajoutent de l'azote aux sols dans lesquels elles ont poussé et éliminent le besoin d'engrais coûteux. Un grand effort scientifique est en cours dans de nombreux pays pour trouver des bactéries pouvant former une association similaire avec les cultures de céréales.
Les fixateurs d'azote symbiotiques semblent être confinés aux écosystèmes terrestres et n'ont pas été trouvés dans les habitats aquatiques, la seule exception étant un ver marin qui attaque le bois submergé. Parmi les fixateurs d'azote non symbiotiques, on trouve des bactéries vivantes libres aérobies et anaérobies, ainsi que des cyanobactéries.
Celles-ci se produisent dans les sols et dans les eaux marines et douces et peuvent augmenter considérablement la teneur en azote de ces environnements. Une source supplémentaire mais généralement mineure d’azote atmosphérique dans les sols et les eaux est constituée par les orages électriques lors de la conversion électrochimique de l’azote.
L'azote entre dans la chaîne alimentaire producteur-consommateur lorsque les plantes le retirent de la solution du sol, sous forme de nitrates ou d'ions ammonium. Les nitrates peuvent également être convertis en ammoniac par les bactéries dénitrifiantes présentes dans le sol, notamment par les bactéries et les champignons présents dans les sols saturés d’eau. Une telle conversion se produit également dans des lacs à faible teneur en oxygène. Le processus s'appelle dénitrification. Les bactéries nitrifiantes, à leur tour, peuvent utiliser l'azote ammoniacal comme source d'énergie pour synthétiser leur propre protoplasme.
Ce processus ne se produit que lentement, voire pas du tout, dans des conditions acides. Tout d'abord, l'ammoniac est converti en nitrite par le genre bactérien Nitrosomonas, puis le nitrite est converti en nitrate par un autre genre, Nitrobacter. Ce processus en deux étapes s'appelle la nitrification. Les deux groupes bactériens tirent leur énergie de ce processus d’oxydation puis utilisent une partie de l’énergie pour convertir le dioxyde de carbone en carbone cellulaire.
Enfin, une fois absorbés et transformés en protéines et en acides nucléiques par les plantes et les microbes supérieurs, les nitrates sont métabolisés et renvoyés dans la majeure partie du cycle en tant que déchets de ce métabolisme (azote organique inanimé).
De nombreuses bactéries et champignons hétérotrophes, tant dans le sol que dans l’eau, utilisent ce matériau riche en azote organique, le convertissant et le libérant sous forme d’ammoniac inorganique dans le cadre d’un processus appelé ammonification. D'autres parties du cycle entraînent le rejet dans l'atmosphère de gaz azote et d'oxydes nitriques, bien que leur importance soit limitée.
Cycle du soufre:
Le soufre est un élément nutritif important pour les organismes, en tant que constituant clé de certains acides aminés, protéines et autres éléments biochimiques. Les plantes satisfont leurs besoins nutritionnels en soufre en assimilant de simples composés minéraux de l'environnement.
Cela se produit principalement sous forme de sulfate dissous dans l'eau du sol absorbée par les racines ou sous forme de dioxyde de soufre gazeux absorbé par le feuillage dans des environnements où l'atmosphère est un peu polluée par ce gaz. Les animaux obtiennent le soufre dont ils ont besoin en mangeant des plantes ou d’autres animaux, puis en digérant et en assimilant leurs formes organiques de soufre, qui sont ensuite utilisées pour synthétiser les substances biochimiques contenant du soufre nécessaires.
Dans certaines situations, en particulier dans l'agriculture intensive, la disponibilité de formes de soufre biologiquement utiles peut être un facteur limitant pour la productivité des plantes et l'application d'un engrais contenant du sulfate peut s'avérer bénéfique. Les composés soufrés peuvent également être associés à des dommages environnementaux importants, notamment lorsque le dioxyde de soufre endommage la végétation ou lorsque les drainages acides associés aux minéraux sulfurés dégradent les écosystèmes.
Le soufre (S) peut se trouver sous plusieurs formes chimiques dans l'environnement. Celles-ci comprennent des formes organiques et minérales, qui peuvent être transformées chimiquement par des processus biologiques et inorganiques. Le dioxyde de soufre est un gaz qui peut être toxique pour les plantes à des concentrations bien inférieures à une partie par million dans l'atmosphère et pour les animaux à des concentrations plus élevées.
Il existe de nombreuses sources naturelles d’émission de SO2 dans l’atmosphère, telles que les éruptions volcaniques et les incendies de forêt. De grandes émissions de SO2 sont également associées aux activités humaines, notamment la combustion du charbon et le traitement de certains minerais métalliques.
Dans l’atmosphère, le SO2 est oxydé en sulfate, un anion qui se présente sous forme de particules minuscules dans lesquelles les charges négatives sont équilibrées électrochimiquement par les charges positives de cations, tels que l’ammonium (NH + 4), le calcium (Ca 2+ ) ou ion hydrogène (H + ). Ces particules fines peuvent servir de noyaux de condensation pour la formation de cristaux de glace pouvant se déposer à partir de l'atmosphère.
Le matériau de base de la vie le plus important est l’eau, l’un des jiva panchabltutas. Ceci est en quantité limitée. Les formes vivantes des zones terrestres dépendent d'une eau dépourvue de sels d'eau douce. En raison de la chaleur solaire, l'eau s'évapore des océans et monte sous forme de vapeur d'eau. Lorsqu'elle se dirige vers des régions continentales, la vapeur d'eau refroidit et se refroidit pour se transformer en eau ou en neige. De l'eau totale estimée dans la terre et son atmosphère.
