Peu d'éléments, voire aucun, sont aussi polyvalents que le carbone. L'atome de carbone a quatre électrons de valence, ce qui le rend capable de former plus de composés que tout autre élément, ce qui le rend indispensable au développement des organismes vivants. Cet élément polyvalent et abondant circule régulièrement dans l'atmosphère terrestre, l'hydrosphère, la géosphère et la biosphère, qui constituent essentiellement une liste de réservoirs de carbone.
L'atmosphère est particulièrement importante dans le cycle du carbone car c'est un réservoir de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est un gaz et les plantes photosynthétiques de la biosphère, qui constituent un autre réservoir important dans le cycle du carbone, en dépendent pour leur respiration. Cependant, l'hydrosphère, qui comprend tous les océans du monde, a sans doute un impact plus important, du fait que les océans couvrent 70 pour cent de la surface de la planète. La géosphère, pour sa part, emprisonne le carbone dans des structures solides qui durent des millénaires et le libère par l'activité volcanique.
Définition du cycle du carbone
Essayer de déterminer où commence le cycle du carbone, c'est un peu comme essayer de déterminer qui est arrivé en premier, la poule ou l'œuf, mais commençons par la géosphère. Le carbone qui a été enfermé pendant des siècles dans les roches sédimentaires est libéré dans l'atmosphère par les volcans sous forme de dioxyde de carbone. Une partie est utilisée par les plantes pour la respiration, et une autre se dissout dans les océans. Certains retournent également à la terre sous forme de sédiments formés au cours des éons par l'érosion et d'autres processus naturels.
Les êtres vivants qui excrètent du dioxyde de carbone dans le cadre de leur processus respiratoire aident à maintenir la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. De plus, la plupart – mais pas la totalité – du dioxyde de carbone qui se dissout dans l'eau de mer est réabsorbé dans l'atmosphère. De cette façon, le carbone cycle sans cesse à travers les écosystèmes de la terre.
L'atmosphère comme réservoir dans le cycle du carbone
Le dioxyde de carbone ne représente qu'environ 0,04 pour cent des gaz dans l'atmosphère. Au cours des 800 000 dernières années, la concentration de dioxyde de carbone est restée inférieure à 300 parties par million. Cependant, il a commencé à augmenter pendant la révolution industrielle et, au cours des 50 dernières années, a augmenté en moyenne de 0,6 ppm chaque année. En 2018, les scientifiques de l'observatoire de Mauna Loa à Hawaï ont signalé que la concentration était de 410,79 ppm (voir Ressources). Les scientifiques attribuent cette augmentation à l'activité humaine.
La montée rapide bouleverse le cycle du carbone. Une partie de l'excès de dioxyde de carbone est absorbée dans les océans ou utilisée pour la respiration, mais la majeure partie reste dans l'atmosphère, où il se combine avec d'autres gaz traces pour créer un effet de réchauffement sur la planète. C'est un gaz à effet de serre, et l'augmentation rapide de sa concentration atmosphérique inquiète les scientifiques.
Les océans sont un autre réservoir clé de dioxyde de carbone
Les océans absorbent environ 25 pour cent du dioxyde de carbone atmosphérique. Les créatures marines sont capables de le convertir en coquilles pour leur corps qui finissent par tomber au fond de l'océan sous forme de sédiments. De plus, les algues et autres flores marines qui effectuent la photosynthèse utilisent directement le dioxyde de carbone pour la respiration.
Lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau de mer, il produit de l'acide carbonique. Les quantités croissantes de dioxyde de carbone atmosphérique produisent donc une augmentation correspondante de l'acidification des océans. Cela a un effet néfaste sur les créatures marines, car cela rend leurs coquilles plus faibles et plus fragiles. Pire encore, à un moment donné, les océans deviendront trop acides pour absorber plus de dioxyde de carbone de l'atmosphère. Cela pourrait donner un coup de fouet à l'augmentation accélérée du dioxyde de carbone atmosphérique et provoquer une élévation fulgurante de la température de surface de la Terre.