En biologie , le cycle des éléments nutritifs est un concept qui décrit comment les nutriments passent de l'environnement physique dans les organismes vivants et par la suite sont recyclés à l'environnement physique. Ce mouvement circulaire de nutriments est essentiel pour un écosystème donné, et il doit être équilibré et stable pour le système doit être maintenu. Dans de nombreux cas, les activités humaines ont eu un impact majeur sur ces processus, entraînant des effets indésirables. Il y a beaucoup de différents cycles nutritifs, chacun avec ses propres voies particulières, mais peut-être les plus importants sont ceux qui impliquent des éléments carbone , l'oxygène , l'azote et le phosphore.
Le cycle du carbone
Ce cycle nutritif commence par photosynthèse, le processus par lequel les plantes, d'algues, et certaines bactéries utilisent l'énergie de la lumière solaire pour combiner le dioxyde de carbone (CO 2) à partir de l'atmosphère et de l'eau pour former des sucres, de l'amidon, des graisses, des protéines et d'autres composés que l'on utiliser pour construire des cellules ou des magasins comme nourriture. De cette façon, les plantes absorbent le carbone de l'atmosphère et le stockent, le rendant disponible aux herbivores qui mangent les plantes.Herbivores utilisent une partie du carbone qu'ils consomment pour construire et réparer les cellules, de sorte qu'il est stocké dans leur corps. Le reste est utilisé pour fournir de l'énergie: elle se combine avec l'oxygène de l'air pour former du CO 2, qui est ensuite exhalé, retournant le carbone directement dans l'atmosphère.
Le carbone stocké dans le corps d'un herbivore, comme un cerf, peut être recyclé lorsque l'animal meurt. Sinon, l'animal peut être tué et mangé par un carnivore, comme un loup, dans ce cas, le recyclage aura lieu lorsque le carnivore meurt. Morte la matière végétale et animale est décomposé par d'autres organismes, tels que les champignons et les bactéries.Ce processus libère du carbone, sous la forme de dioxyde de carbone, dans l'atmosphère.
Il y a un certain nombre de complications dans ce processus général. Par exemple, la matière organique morte peut parfois être enfoui sous les sédiments, ce qui rend le carbone disponible pour les organismes vivants. Ce matériau enterré a formé des dépôts de charbon et de pétrole, dont les humains exploitent désormais comme fossiles combustibles. La combustion de ces composés formant du dioxyde de carbone, qui est libéré dans l'atmosphère. Il existe un large consensus parmi les scientifiques que l'augmentation des niveaux de CO 2 résultant de la combustion de combustibles fossiles est en train de changer le climat de la Terre à l'échelle mondiale.
Le carbone peut également être enfermé dans des roches lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau. Certains types d'organismes marins peuvent combiner le dioxyde de carbone dissous avec le calcium pour construire des enveloppes constituées de carbonate de calcium. Lorsque ces organismes meurent, les coquilles s'accumulent les sédiments, pour finalement former la roche calcaire. Sur de vastes échelles de temps, le calcaire peut être soulevé à la surface par des processus géologiques, où l'eau acide peut réagir avec elle à libérer du CO 2 dans l'atmosphère.
Le cycle de l'oxygène
Ce cycle est étroitement liée au cycle du carbone et démarre au même endroit: la photosynthèse, ce qui libère de l'oxygène dans l'air. Ceci, à son tour, est absorbé par les organismes d'oxygène à respirer, qui se combinent avec le carbone et le dioxyde de carbone de libération dans l'atmosphère. Le CO 2 est ensuite utilisé dans la photosynthèse pour libérer de l'oxygène à nouveau. Le dioxyde de carbone provenant d'autres sources, telles que la décomposition de la matière organique morte et la combustion de combustibles fossiles, est également utilisé dans la photosynthèse, la production d'oxygène.
Le cycle de l'azote
L'azote est un élément essentiel pour toutes les formes de vie connues, et il est nécessaire de former des acides aminés, des protéines et de l'ADN. Bien que 78% de l'atmosphère de la Terre est constituée de cet élément, il ne peut pas être utilisé directement par les plantes sous cette forme. Les molécules de gaz sont constitués de deux atomes maintenus ensemble par une très forte triple bond , ce qui rend très difficile pour elle de réagir avec d'autres éléments. Néanmoins, l'azote a son propre cycle des éléments nutritifs.
Il ya deux principales façons dont cet élément peut devenir disponibles pour les organismes vivants. Normalement, beaucoup d'énergie est nécessaire pour briser les liaisons entre les atomes dans une molécule d'azote. Cette énergie peut provenir de la foudre, ce qui provoque un peu d'azote pour se combiner avec l'oxygène pour former des oxydes d'azote.Ceux-ci peuvent se dissoudre dans l'eau de pluie pour former de l'acide nitrique très diluée, qui réagit avec les minéraux dans le sol pour former des nitrates. Les nitrates sont solubles dans l'eau et peuvent être facilement absorbés par les plantes.
La plupart de l'azote dans les organismes vivants provient d'un processus appelé fixation de l'azote. Cela implique la conversion de l'azote atmosphérique dans les sols en ammoniaque par différents types de bactéries et des algues. Un tel groupe de bactéries, appelées Rhizobium, forme des nodules dans les racines de pois et de haricots. Pour cette raison, ces plantes sont souvent cultivées comme cultures par les agriculteurs lorsque le sol a besoin d'être enrichi avec cet élément.
L'ammoniac ainsi généré est ensuite converti en d'autres types de bactéries en nitrates, qui sont absorbés par les plantes. Un autre procédé, appelée dénitrification, renvoie de l'azote gazeux dans l'atmosphère. Encore une fois, ceci est réalisé par des bactéries, ce qui réduit les nitrates dans le sol en azote.
Les êtres humains ont eu un impact significatif sur le cycle de l'azote. Depuis nitrates sont très solubles dans l'eau, ils peuvent être rapidement retirés du sol par la pluie. Lorsque les cultures sont cultivées de manière intensive, les nitrates perdus doivent souvent être remplacés par des engrais azotés. Ces composés sont produites industriellement par des procédés qui combine la première azote de l'air avec l'hydrogène pour former de l'ammoniac se combine alors avec l'oxygène présent pour former de l'acide nitrique, qui est utilisé pour fabriquer des engrais.
Le cycle du phosphore
Comme l'azote, cet élément est une partie essentielle de l'ADN. Il est également nécessaire pour la production d'adénosine triphosphate (ATP), un composé que les cellules utilisent pour l'énergie. La principale source naturelle de phosphore est de roches. L'élément pénètre dans l'eau et dans le sol sous forme de phosphates par l'érosion et les intempéries, et il est absorbé par les plantes. Il progresse ensuite dans la chaîne alimentaire via les herbivores et les carnivores, le retour à la terre quand ces organismes meurent.
Les phosphates peuvent être lavés hors du sol par l'eau de pluie, qui s'accumulent dans les lacs et les rivières, où certaines d'entre elles est utilisée par les plantes aquatiques et d'autres organismes. Une partie du phosphate, cependant, subit des réactions chimiques qui forment des composés insolubles qui se déposent dans les sédiments. Ceux-ci forment finalement roche et, de cette façon, le phosphore peuvent être enfermés pendant de très longues périodes - peut-être des dizaines ou des centaines de millions d'années. Finalement, les processus géologiques peuvent élever cette pierre, ce qui permet Érosion et de le retourner à des organismes vivants.
Dans les zones cultivées, comme l'azote, le phosphore perdu du sol a souvent besoin d'être remplacés par des engrais phosphatés pour permettre à l'agriculture de continuer à être rentable. Ces engrais sont principalement faites de roches de phosphate tels l'apatite.L'utilisation de fumier dans les champs de cultures est un autre exemple de l'ajout de phosphore dans le sol par l'homme. Dans certains cas, l'excès de phosphate est lavé dans les rivières et les lacs. De là, il peut être déposé dans les sédiments, mais certains peuvent rester dissous, conduisant à une croissance excessive des algues.
