Les cycles bio-géochimiques
2. Qu'est-ce qu'un cycle bio-géochimique ?
2.1. Le cycle du carbone : le cycle biogéochimique le plus étudié
Du fait de son rôle dans la régulation de la concentration en CO2 dans l’atmosphère et donc dans le contrôle du climat, le cycle du carbone est sans doute le cycle le plus étudié actuellement.
Modifié d’après : “Les défis environnementaux du XXIe siècle, Ivar Ekeland et Aïcha Ben Dhia,
avec le soutien de l’Université Paris-Dauphine, la Fondation Madeleine et la société 2050” / Licence CC BY SA
Sur les continents, le cycle du carbone est contrôlé par les plantes qui représentent la quasi-totalité de la biomasse terrestre (nous sommes bien peu de choses !). La photosynthèse prélève chaque année ~120Gt de carbone sous forme CO2 à l’atmosphère qui est incorporé dans les organismes vivants. En retour, les organismes vivants respirent et émettent du CO2 dans l’atmosphère. A la mort des organismes, la matière carbonée est incorporée dans les sols où elle est lentement décomposée en eau et en CO2. Respiration et décomposition restituent donc à l’atmosphère la quasi-totalité du carbone pompé soit ~120 Gt de carbone chaque année. Seule une infime partie du carbone des sols (moins de 0,1 Gt de carbone par an) intègre très lentement des réservoirs géologiques (qui donneront du charbon, du pétrole et du gaz dans des millions d’années nommés aussi carbone organique fossile).
Les océans sont le siège d’échanges tout aussi importants avec l’atmosphère. Chaque année, les zones froides des océans absorbent du CO2 qui passe en solution dans les eaux tandis que les zones chaudes des océans dégazent du CO2 à la façon des bouteilles d’eau pétillante. Ces flux de carbone capté et dégazé par les océans s’élèvent à ~80 Gt de carbone chaque année et s’équilibrent (GIEC, WG1AR5, 2013). L’océan héberge aussi une vie marine ou encore biosphère marine, dont la masse est 200 fois plus petite que celle de la biosphère terrestre. Ce compartiment joue un rôle essentiel dans les transferts de carbone dissout dans les océans depuis les eaux de surface vers les eaux profondes. En effet, la biosphère marine utilise le carbone dissout dans les océans pour la photosynthèse, la production de biomasse et des tests calcaires et squelettes. Cette activité biologique génère des déchets qui descendent lentement vers le fond des océans, emmenant ainsi une partie du carbone vers la profondeur des océans, et le soustrayant ainsi durablement à l’atmosphère. Une infime partie du carbone seulement atteint le plancher océanique et incorpore les réservoirs géologiques pour donner du carbone fossile (calcaire, pétrole et gaz).
Ces échanges entre les compartiments du globe sont à l’équilibre, c’est-à-dire que chaque année, il y a autant de dioxyde de carbone qui est pompé à l’atmosphère par les océans et la biosphère continentale que de CO2 qui retourne dans l’atmosphère et c’est ce qui garantit une certaine stabilité du climat de la Terre à échelle humaine.