2.2 Les Cycles de Nutriments dans les Écosystèmes Les nutriments sont les substances chimiques nécessaires à la croissance et aux autres processus vitaux. Les nutriments voyagent dans la biosphère dans les cycles de nutriments ou échanges. Les nutriments accumulent souvent dans les régions appelés réservoirs. Sans intervention humaine, le montant de nutriments entrant dans un réservoir est égal au montant qui en sorte. Les activités humaines peuvent perturber l’équilibre naturelle des cycles de nutriments. Le défrichage (land clearing), l’agriculture, l’expansion urbaine, l’exploitation minière, l’industrie et le transport motorisé peuvent augmenter les niveaux de nutriments plus vite qu’ils soient absorber par les réservoirs par les processus biotiques et abiotiques naturels. Des quantités accrues de nutriments dans le biosphère peuvent avoir des effets considérables sur l’environnement. Il y 5 éléments (nutriments chimiques) nécessaire à la vie: Le carbone, l’hydrogène, l’oxygène, et l’azote sont recyclés entre les organismes vivants et l’atmosphère. Les atomes de phosphore entrent dans l’environnement par la roche sédimentaire. Voir pages 68 - 70 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle du Carbone Les atomes de carbone sont des unités fondamentaux dans les cellules de tout être vivant. Le carbone est aussi une composante essentielle des réactions chimiques qui soutiennent la vie (ex: respiration cellulaire; photosynthèse). Le carbone peut être réservé dans plusieurs endroits différents. Les réservoirs à court terme se trouvent dans la végétation terrestre et marins, les animaux terrestres et marins, dans le CO2 dans l’atmosphère et dissoute dans les couches supérieurs de l’océan. Les réservoirs à long terme se trouvent dans les eaux intermédiaires et profondes de l’océan sous forme de CO2 dissous; sur la terre, c’est trouvé dans les gisements de charbon (coal), le pétrole, le gaz naturel et les sédiments marins et terrestres. La sédimentation retient plusieurs réservoirs à long terme de carbone. Les couches de sol et matière organique décomposant sont enterrées sur la terre et sous les océans. Lentement, sous énorme pression et pendant plusieurs années, le charbon, le pétrole et le gaz forment. Les couches de coquilles sont déposées en sédiments au fond de l’océan, ce qui forme des roches en carbonates tel que le carbonate pendant plusieurs années. Les réservoirs de carbone sont aussi connus comme des dolines de carbone. Voir pages 71 - 72 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle du Carbone(continué) Le carbone est recyclé de plusieurs manières: La Photosynthèse: énergie du soleil permet le CO2 et H2O de réagir 6CO2 + 6H2O + lumière solaire C6H12O6 + 6O2 Le carbone dans l’atmosphère est transformée par les plantes en glucides. La Photosynthèse a lieu aussi dans la cyanobactérie et l’algue dans les océans. La Respiration Cellulaire: les glucides libèrent l’énergie dans les consommateurs C6H12O6 + O2  6CO2 + 6H2O + énergie L’énergie libérée est utilisée pour la croissance, la réparation, et autres processus vitaux. La Décomposition: les décomposeurs dégradent de grandes quantités de cellulose Le Cellulose est une glucide que la plupart d’organismes ne peuvent pas décomposer. Les processus océaniques: le CO2 dissout dans les eaux froides du Nord et les profondeurs Les courants océaniques coulent vers les tropiques où l’eau monte et libère le CO2. Ce processus s’appelle le mélange des eaux océaniques. Les éruptions et les feux – les éruptions volcaniques peuvent libérer le CO2. Les feux de forêts libèrent aussi le CO2. See pages 73 - 76 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle du Carbone(continué) Le Cycle de Carbone Voir page 76 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle du Carbone(continué) Plusieurs activités humaines influencent le cycle de carbone. Depuis le début de la Révolution Industrielle (il y a 160 ans), les niveaux de CO2 ont augmenté par 30 % due à l’augmentation de la combustion des combustibles fossiles. L’accroit des niveaux de CO2 dans les 160 000 ans précédents était 1-3%. Le carbone est ramené des réservoirs à long terme plus vite que ça le ferrait naturellement lorsqu’on mine pour le charbon et fore pour le pétrole et le gaz.. Le CO2 est un gaz qui cause l’effet de serre, qui absorbe la chaleur dans l’atmosphère. La défrichage pour l’agriculture et le développement urbaine réduit les plantes qui peuvent absorber et convertir le CO2. La terre cultivée n’enlève pas autant de CO2 que la végétation naturelle le fait. Expansion Urbaine La Défrichage pour l’Agriculture page 77 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle de l’Azote L’azote est très important dans la structure de l’ADN et protéines. Dans les animaux, les protéines sont essentielles pour la fonction musculaire. Dans les plantes, l’azote est important pour la croissance. Le réservoir dans l’atmosphère le plus large est en forme de N2. A peu près 78 pourcent de l’atmosphère de la Terre est le gaz N2. L’azote est aussi emmagasiné dans les océans, et comme la matière organique dans le sol. Les réservoirs plus petits d’azote sont trouvés dans les écosystèmes terrestres et les lacs et les marais. L’azote est recyclé en utilisant les processus qui nécessitent les plantes: La fixation de l’azote La Nitrification de l’azote L’assimilation See page 78 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle de l’Azote (continué) La fixation de l’azote est la conversion du gaz N2 dans les composé qui contiennent le nitrate (NO3–) et l’ammonium (NH4+). Les composés de nitrate et ammonium sont utilisés par les plantes. La fixation de l’azote a lieu dans un de trois façons: Dans l’atmosphère – les éclairs donnent l’énergie nécessaire pour que le gaz N2 réagit avec le gaz O2 pour former des ions de nitrate ammonium . Les composé formés par ces ions entrent dans le sol via précipitation. Cela permet de fixer qu’une petite quantité de composé d’azote. Dans le sol – les bactéries fixatrices d’azote tel que le Rhizobium convertissent le gaz N2 aux ions d’ammonium Ces bactéries vivent dans les nodules de racines de légumes des pois etc. Les plantes fournissent les sucres, tandis que les bactéries fournissent les ions d’azote. Dans les étendues de l’eau – certains cyanobactéries convertissent N2 en ammonium pendant le processus de la photosynthèse. See pages 78 - 79 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle de l’Azote(continué) La Nitrification a lieu lorsque certaines bactéries du sol convertissent ammonium. Ammonium est convertit aux nitrates (NO3–) par les bactéries nitrifiantes. Ammonium est convertit à nitrite (NO2–), ce qui est ensuite convertit à nitrate. Les Nitrates entrent les racines de plantes par le processus de l’assimilation. Ces composés d’azote sont incorporés dans les protéines de plantes. Les Herbivores mangent ensuite les plantes et utilisent l’azote pour la production de protéines et l’ADN. L’azote est remit à l’atmosphère via la dénitrification. Les nitrates sont reconvertis au N2 par les bactéries dénitrifiantes. Le N2 est aussi remit à l’atmosphère à travers les éruptions volcaniques. La Nitrification Voir page 80 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle de l’Azote(continué) L’azote en excès dissout dans l’eau, et entre les cours d’eau pour être lessivé dans les lacs et océans. Les composés d’azote devien-nent éventu- ellement piégés dans les roches sédimentaires et ne seront pas libérés avant que la roche subissent l’érosion pour les centaines d’années. See page 81 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle de l’Azote(continué) Les activités humaines peuvent aussi affecter le cycle d’azote. A cause des activités humains, le montant d’azote dans l’écosystème a doublé ces derniers 50 ans. La combustion des combustibles de fossiles et le traitement des eaux usées libèrent l’oxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2). La combustion libère aussi les composé d’azote qui augmente la précipitation acide en forme d’acide nitrique (HNO3). Les pratiques agriculturales utilisent souvent les montants énormes d’engrais contenant l’azote. L’azote en excès est lessivé dabs les cours d’eau. Ca cause l’eutrophisation des algues aquatiques. La croissance excessive d’algues utilisent tout le CO2 et O2 et bloquent la lumière du soleil, ce qui tue beaucoup d’organismes aquatiques. L’eutrophisation des algues peut aussi produire les neurotoxines qui peuvent empoisonner les animaux. La pluie acide a endommagé ces arbres. Voir pages 82 - 83 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle de Phosphore Le phosphore est essential aux processus vitaux dans les plantes et animaux. Le phosphore fait partie d’une molécule qui transportent de l’énergie aux cellules. Le phosphore contribue au développement des racines, au renforcement de la tige, et la production de graines. Dans les animaux, le phosphore et le calcium sont importants pour les os forts. Le phosphore n’est PAS emmagasiné dans l’atmosphère. Il est plutôt piégé dans les phosphates (PO43–, HPO42–, H2PO4–) trouvées dans les roches et sédiments des fonds marins. La météorisation libère ces phosphates des roches. La météorisation chimique, via la précipitation acide ou les lichens, libère les phosphates. La météorisation physique, les processus tel que le vent, l’eau et le gel libèrent les phosphates. Les phosphates sont ensuite absorbées par les plantes, qui sont mangées par les animaux. La météorisation a seulement lieu lorsqu’il ya le soulèvement géologique, ce qui expose la roche à la météorisation. See pages 83 - 84 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Les Cycles de Nutriments: Cycle de Phosphore(continué) Les êtres humains ajoutent du phosphore en excès à l’ environ-nement via le forage pour les composants d’engrais. Le phosphore en excès, ainsi que le potassium, entre ensuite dans les écosystèmes plus vite que les méthodes peuvent remplir de nouveaux les réservoirs naturels. Les humains peuvent aussi réduire les réserves de phosphore. Le défrichage par brûlage libère le phosphore des arbres sous forme de cendres ce qui est déposé dans les cours d’eaux. Le Cycle de Phosphore Voir page 85 (c) McGraw Hill Ryerson 2007

Comment les changements dans les cycles de nutriments affectent la Biodiversité Aucun changement important à n’importe quel de ces nutriments (C, H, O, N, or P) peut avoir un énorme effet sur la biodiversité. Les changements dans le cycle de carbone contribuent aux changements climatiques “global warming”. Les fluctuations petites dans la température et les variations dans les niveaux d’eau peuvent beaucoup affecter les écosystèmes. Ces changements influencent les autres organismes dans les réseaux alimentaires . Les concentrations élevées d’azote permettent certaines espèces de plantes de supplanter d’autres espèces, ce qui diminue les ressources pour toute espèce dans le réseau alimentaire. Les concentrations réduites de phosphore peut ralentir la production d’algues qui sont les producteurs importants dans les chaînes alimentaires. Le saumon est très sensible aux fluctuations de température. See pages 86 - 87 (c) McGraw Hill Ryerson 2007