Le calcaire, le cycle du carbone et son influence sur le climat

Comme nous le savons, la température de la terre serait environ 30 ºC inférieure si les gaz à effet de serre n’existaient pas. Ils sont donc essentiels à notre existence. Toutefois, il y en a un qui s’est accru énormément à notre époque d’industrialisation, nous parlons du Dioxyde de Carbone CO₂.

Avant le début de la révolution industrielle la concentration de CO₂ dans l’atmosphère était environ de 280 particules par million et récemment elle sélevait à plus de 400 ppm. C’est pour cette raison qu’on le considèrera comme le coupable principal du changement climatique actuel.

Indépendamment des émissions créées par l’homme, par l’utilisation des combustibles fossiles, la quantité de CO₂ qui existe dans l’atmosphère se trouve régulée par deux cycles importants. Il y a un cycle à court terme entre photosynthèse, respiration, décomposition, combustion et enterrement de matières organiques (cycle organique) et un cycle à long terme entre sédimentation, érosion et volcanisme de roches terrestres (cycle inorganique).

Quand le CO₂ réagit avec l’eau, il se forme de l’Acide Carbonique:

CO₂ + H₂O <=> H₂CO₃

Qui est très efficace dans la dissolution de roches, spécialement les silicates qui sont très nombreux sur la croûte terrestre:

CaSiO₃ (roche de silicate) + 2 CO₂ + 3 H₂O => Ca²⁺ + 2 HCO₃^– + Si(OH)₄

Dans cette réaction le CO₂ provient autant de l’eau de pluie que du pourrissement de la matière organique, c’est à dire, de la respiration microbienne.

Les ions libérés de Calcium et de Bicarbonate sont transportés par les rivières jusqu’à l’océan. Dans l’océan les organismes utilisent les ions pour former des coquilles en Carbonate de Calcium:

Ca²⁺ + 2 HCO₃^– => CaCO₃ (Carbonate du Calcium)+ CO₂ + H₂O

Alors si nous commençons le processus avec deux molécules de CO₂, avec l’érosion, elles vont donner deux Bicarbonates qui forment une coquille carbonatée et libèreront seulement une molécule de CO₂ dans l’atmosphère. Ainsi, ce processus d’érosion et de sédimentation retire une molécule de CO₂ de l’atmosphère.

Les espèces marines qui construisent des carapaces et des squelettes protecteurs de Carbonate de Calcium sont nombreuses. Bien que les moules, huitres et autres sembleraient être des exemples évidents, la majorité du Carbonate de Calcium océanique est produit par des algues microscopiques du fitoplancton (cocolitoforos) et des espèces animales du zooplancton (foromineferos et pteropodos). La calcite ou l’aragonite ainsi formée constituent les squelettes et les carapaces avec lesquels se protègent ces microorganismes.

En revanche, les diatomées, une variété importante d’algues phytoplanctoniques et les radiolaires, une variété de zooplancton, construisent des coquilles siliceuses et non calcaires.

Ainsi, au cours de l’histoire géologique le carbonne s’est accumulé en d’épaisses couches de roches calcaires qui ont fini par créer la plus grande réserve de carbone de la planète.

Mais la calcite n’atteint pas toujours le fond de la mer, puisque à une certaine profondeur, le Carbonate de Calcium est redissous en ions de Calcium et Bicarbonate et CO₂. Ceci est dû au fait qu’avec la profondeur, l’eau de mer s’acidifie. Cette profondeur varie selon les océans et va de 3000 m jusqu’à 5000 m. Ainsi dans les zones de fond les plus profondes les sédiments ne sont pas calcaires mais argileux, alors la calcite se dissout avant de toucher le sol océanique. Ce n’est qu’à l’enddroit où les sols sont les moins profonds, que les carapaces planctoniques se déposent en formant des boues calcaires, blanchâtres, dont le compactage postérieur formera des couches de roche calcaire.

À cause de la tectonique des plaques, il y aura un moment où le Carbonate de Calcium réagira avec la silice à une température et une pression très haute:

CaCO₃ (Carbonate du Calcium) + SiO₂ (quartz) -> CaSiO₃ (roches de silicats) +CO₂

Le volcanisme libère à nouveau une molécule de CO₂.

L’équation simplifiée pour le cycle des roches sera:

CaSiO₃ (roches de silicats) +CO₂ <=> CaCO₃ (Carbonate du Calcium) + SiO₂

(Érosion)                                               (Métamorphisme)

La sédimentation et érosion chimique des roches de silicate conduisent à l’équation de droite et consomment une molécule de CO₂ de l’atmosphère et le volcanisme passe à l’équation de gauche et libère une molécule de CO₂ dans l’atmosphère.

Alors beaucoup de gens croient que l’érosion de roches de silicate fait partie d’une boucle de rétroalimentation négative: si la température augmente, la décomposition des roches augmente également et la consommation de CO₂ de l’atmosphère augmente de sorte que l’effet de serre diminue et la température aussi. Au contraire, avec l’abaissement des températures l’érosion est moindre et la consommation de CO₂ diminue, celle-ci s’accumule alors dans l’atmosphère et crée un effet de serre plus intense qui entraîne plus de chaleur. C’est ainsi que le cycle du carbone pourrait réguler la température terrestre.