Cycle chimique
La mise en forme de cet article est à améliorer ().
La mise en forme du texte ne suit pas les recommandations de Wikipédia : il faut le « wikifier ».
Le cycle chimique décrit des systèmes de circulation répétée de produits chimiques entre d'autres composés, états et matériaux, et retour à leur état d'origine, qui se produit dans l'espace et sur de nombreux objets dans l'espace, y compris la Terre. On sait que le cycle chimique actif se produit dans les étoiles, de nombreuses planètes et des satellites naturels.
Le cycle chimique joue un rôle important dans le maintien des atmosphères planétaires, des liquides et des processus biologiques et peut grandement influencer le temps et le climat. Certains cycles chimiques libèrent de l'énergie renouvelable, d'autres peuvent donner lieu à des réactions chimiques complexes, à des composés organiques et à une chimie prébiotique. Sur les corps terrestres tels que la Terre, les cycles chimiques impliquant la lithosphère sont appelés cycles géochimiques. Les cycles géochimiques en cours sont l'un des principaux attributs des mondes géologiquement actifs. Un cycle chimique impliquant une biosphère est appelé cycle biogéochimique.
Le Soleil, d'autres étoiles et systèmes stellaires[modifier | modifier le code]
Dans la plupart des étoiles fusionnant de l'hydrogène, y compris le Soleil, un cycle chimique impliqué dans la nucléosynthèse stellaire se produit, connu sous le nom de cycle carbone-azote-oxygène ou (cycle CNO). En plus de ce cycle, les étoiles ont également un cycle d'hélium[1]. Divers cycles impliquant des gaz et des poussières se sont produits dans les galaxies[2].
Vénus[modifier | modifier le code]
La majorité des cycles chimiques connus sur Vénus impliquent son atmosphère dense ainsi que des composés de carbone et de soufre, le plus important étant un cycle de dioxyde de carbone intense[3]. L'absence d'un cycle complet du carbone incluant un cycle géochimique du carbone, par exemple, serait une cause de son effet de serre incontrôlable, en raison de l'absence d'un puits de carbone substantiel[4]. De plus, des cycles de soufre, ainsi que des cycles d'oxyde de soufre, se produisent également. L'oxyde de soufre dans la haute atmosphère se traduit par la présence d'acide sulfurique[5] à son tour retourne aux oxydes par photolyse[6]. Les indications suggèrent également un cycle de l'ozone sur Vénus similaire à celui de la Terre[7].
la Terre[modifier | modifier le code]
Un certain nombre de types différents de cycles chimiques et des cycles géochimiques se produisent sur Terre. Les cycles biogéochimiques jouent un rôle important dans le maintien de la biosphère. Les cycles chimiques actifs notables sur Terre comprennent :
- Cycle du carbone - comprenant un cycle du carbone atmosphérique (et un cycle du dioxyde de carbone), un cycle biologique terrestre du carbone, un cycle océanique du carbone et un cycle géologique du carbone.
- Cycle de l'azote - qui convertit l'azote entre ses formes par fixation, ammonification, nitrification et dénitrification.
- Cycle de l'oxygène et cycle ozone-oxygène - un cycle biogéochimique de circulation de l'oxygène entre l'atmosphère, la biosphère (la somme globale de tous les écosystèmes) et la lithosphère.
- Cycle ozone-oxygène - régénère continuellement l'ozone dans l'atmosphère et convertit le rayonnement ultraviolet (UV) en chaleur.
- Cycle de l'eau - déplace l'eau en continu sur, au-dessus et au-dessous de la surface en passant d'un état de liquide, de solution, de glace et de vapeur.
- Cycle du méthane - déplace le méthane entre les sources géologiques et biogéochimiques et les réactions dans l'atmosphère.
- Cycle de l'hydrogène - un cycle biogéochimique provoqué par une combinaison de processus biologiques et abiologiques.
- Cycle du phosphore - le mouvement du phosphore à travers la lithosphère, l'hydrosphère et la biosphère.
- Cycle du soufre - un processus biogéochimique résultant de la minéralisation du soufre organique, de l'oxydation, de la réduction et de l'incorporation dans des composés organiques.
- Le cycle carbonate-silicate transforme les roches silicatées en roches carbonatées par altération et sédimentation et transforme les roches carbonatées en silicates par métamorphisme et magmatisme[8].
- Cycle de la roche - bascule la roche entre ses trois formes : sédimentaire, métamorphique et ignée.
- Cycle du mercure - un processus biogéochimique dans lequel le mercure naturel est bioaccumulé avant de se recombiner avec le soufre et de retourner aux sources géologiques sous forme de sédiments.
D'autres cycles chimiques comprennent le peroxyde d'hydrogène[9].
Mars[modifier | modifier le code]
Des preuves récentes suggèrent que des cycles chimiques similaires à ceux de la Terre se produisent à une moindre échelle sur Mars, facilités par la mince atmosphère, y compris le dioxyde de carbone (et peut-être le carbone)[10], eau[11], soufre[12] méthane[13], cycles d'oxygène[14], ozone[15], et azote[16]. De nombreuses études indiquent des cycles chimiques beaucoup plus actifs sur Mars dans le passé, mais le faible paradoxe du jeune Soleil s'est avéré problématique pour déterminer les cycles chimiques impliqués dans les premiers modèles climatiques de la planète[17].
Jupiter[modifier | modifier le code]
Jupiter, comme toutes les géantes gazeuses, a un cycle du méthane atmosphérique[18]. Des études récentes indiquent un cycle hydrologique eau-ammoniac très différent du type opérant sur les planètes terrestres comme la Terre et aussi un cycle de sulfure d'hydrogène[19].
Des cycles chimiques importants existent sur les lunes de Jupiter. Des preuves récentes indiquent qu'Europa possède plusieurs cycles actifs, notamment un cycle de l'eau[20]. D'autres études suggèrent un cycle d'oxygène[21] et de dioxyde de carbone induit par rayonnement[18]. Io et Europa semblent avoir des cycles de soufre radiolytique impliquant leurs lithosphères[22]. De plus, on pense qu'Europa a un cycle de dioxyde de soufre. De plus, le tore plasma Io contribue à un cycle du soufre sur Jupiter et Ganymède[23]. Des études impliquent également des cycles d'oxygène actif sur Ganymède [24] et des cycles d'oxygène et de dioxyde de carbone radiolytique sur Callisto.
Saturne[modifier | modifier le code]
En plus du cycle du méthane de Saturne[18], certaines études suggèrent un cycle de l'ammoniac induit par photolyse similaire à celui de Jupiter[25].
Les cycles de ses lunes sont d'un intérêt particulier. Les observations de Cassini – Huygens sur l' atmosphère de Titan et les interactions avec son manteau liquide donnent lieu à plusieurs cycles chimiques actifs dont un méthane[26], hydrocarbure[27], hydrogène[28] et carbone[29] cycles. Encelade a un cycle hydrologique actif, silicaté et éventuellement azoté[30],[31].
Uranus[modifier | modifier le code]
Uranus a un cycle de méthane actif[32]. Le méthane est converti en hydrocarbures par photolyse qui se condense et, à mesure qu'ils sont chauffés, libère du méthane qui monte dans la haute atmosphère.
Des études de Grundy et al. (2006) indiquent que les cycles du charbon actif fonctionnent sur Titania, Umbriel et Ariel et Oberon par la sublimation et le dépôt continus de dioxyde de carbone, bien qu'une partie soit perdue dans l'espace sur de longues périodes de temps[33].
Neptune[modifier | modifier le code]
La chaleur interne et la convection de Neptune entraînent des cycles de méthane[18], carbone[34], et une combinaison d'autres volatils dans la lithosphère de Triton[35].
Les modèles ont prédit la présence de cycles d'azote saisonniers sur la lune Triton[36], mais cela n'a pas été soutenu par les observations à ce jour.
Système Pluton-Charon[modifier | modifier le code]
Les modèles prédisent un cycle de l'azote saisonnier sur Pluton[37] et les observations de New Horizons semblent le soutenir.
Notes et références[modifier | modifier le code]
- (en) Vladimir E Fortov, Extreme States of Matter: High Energy Density Physics, Springer, , 97– (ISBN 978-3-319-18953-6, lire en ligne)
- (en) Palouš, « Star – Gas Cycle in Galaxies », Proceedings of the International Astronomical Union, vol. 2, no S235, , p. 268–270 (ISSN 1743-9213, DOI 10.1017/S1743921306006569, Bibcode 2007IAUS..235..268P, lire en ligne
)
- (en) Mills et Allen, « A review of selected issues concerning the chemistry in Venus' middle atmosphere », Planetary and Space Science, vol. 55, no 12, , p. 1729–1740 (ISSN 0032-0633, DOI 10.1016/j.pss.2007.01.012, Bibcode 2007P&SS...55.1729M)
- (en) Nick Strobel, « Venus » [archive du ] (consulté le )
- (en) Jessup, Marcq, Mills et Mahieux, « Coordinated Hubble Space Telescope and Venus Express Observations of Venus' upper cloud deck », Icarus, vol. 258, , p. 309–336 (ISSN 0019-1035, DOI 10.1016/j.icarus.2015.05.027, Bibcode 2015Icar..258..309J, lire en ligne)
- (en) Zhang, Liang, Montmessin et Bertaux, « Photolysis of sulphuric acid as the source of sulphur oxides in the mesosphere of Venus », Nature Geoscience, vol. 3, no 12, , p. 834–837 (ISSN 1752-0894, DOI 10.1038/ngeo989, Bibcode 2010NatGe...3..834Z, lire en ligne)
- (en) Montmessin, Bertaux, Lefèvre et Marcq, « A layer of ozone detected in the nightside upper atmosphere of Venus », Icarus, vol. 216, no 1, , p. 82–85 (ISSN 0019-1035, DOI 10.1016/j.icarus.2011.08.010, Bibcode 2011Icar..216...82M, lire en ligne)
- (en) Berner, Lasaga et Garrels, « The Carbonate-Silicate Geochemical Cycle and its Effect on Atmospheric Carbon Dioxide over the Past 100 Million Years », American Journal of Science, vol. 283, no 7, , p. 641–683 (DOI 10.2475/ajs.283.7.641, Bibcode 1983AmJS..283..641B, lire en ligne [archive du ], consulté le )
- (en) Allen, González Abad, Bernath et Boone, « Satellite observations of the global distribution of hydrogen peroxide (H2O2) from ACE », Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 115, , p. 66–77 (ISSN 0022-4073, DOI 10.1016/j.jqsrt.2012.09.008, Bibcode 2013JQSRT.115...66A)
- (en) Edwards et Ehlmann, « Carbon sequestration on Mars », Geology, vol. 43, no 10, , p. 863–866 (ISSN 0091-7613, DOI 10.1130/G36983.1, Bibcode 2015Geo....43..863E)
- (en) Machtoub, « Modeling the hydrological cycle on Mars », Journal of Advances in Modeling Earth Systems, vol. 4, no 1, , p. M03001 (ISSN 1942-2466, DOI 10.1029/2011MS000069, Bibcode 2012JAMES...4.3001M)
- King et McLennan, « Sulfur on Mars », Elements, vol. 6, no 2, , p. 107–112 (ISSN 1811-5209, DOI 10.2113/gselements.6.2.107)
- Wray et Ehlmann, « Geology of possible Martian methane source regions », Planetary and Space Science, vol. 59, nos 2–3, , p. 196–202 (ISSN 0032-0633, DOI 10.1016/j.pss.2010.05.006, Bibcode 2011P&SS...59..196W)
- Farquhar et Thiemens, « Oxygen cycle of the Martian atmosphere-regolith system: Δ17O of secondary phases in Nakhla and Lafayette », Journal of Geophysical Research: Planets, vol. 105, no E5, , p. 11991–11997 (ISSN 0148-0227, DOI 10.1029/1999JE001194, Bibcode 2000JGR...10511991F)
- (en) Montmessin et Lefèvre, « Transport-driven formation of a polar ozone layer on Mars », Nature Geoscience, vol. 6, no 11, , p. 930–933 (ISSN 1752-0894, DOI 10.1038/ngeo1957, Bibcode 2013NatGe...6..930M)
- (en) Boxe, Hand, Nealson et Yung, « An active nitrogen cycle on Mars sufficient to support a subsurface biosphere », International Journal of Astrobiology, vol. 11, no 2, , p. 109–115 (ISSN 1473-5504, DOI 10.1017/S1473550411000401, Bibcode 2012IJAsB..11..109B)
- (en) Wordsworth, Forget, Millour et Head, « Global modelling of the early martian climate under a denser CO2 atmosphere: Water cycle and ice evolution », Icarus, vol. 222, no 1, , p. 1–19 (ISSN 0019-1035, DOI 10.1016/j.icarus.2012.09.036, Bibcode 2013Icar..222....1W, arXiv 1207.3993)
- (en) Fran Bagenal, Timothy E. Dowling et William B. McKinnon, Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere, Cambridge University Press, , 138– (ISBN 978-0-521-03545-3, lire en ligne)
- (en) Palotai, Dowling et Fletcher, « 3D Modeling of interactions between Jupiter's ammonia clouds and large anticyclones », Icarus, vol. 232, , p. 141–156 (ISSN 0019-1035, DOI 10.1016/j.icarus.2014.01.005, Bibcode 2014Icar..232..141P)
- (en) Kattenhorn et Prockter, « Evidence for subduction in the ice shell of Europa », Nature Geoscience, vol. 7, no 10, , p. 762–767 (ISSN 1752-0894, DOI 10.1038/ngeo2245, Bibcode 2014NatGe...7..762K)
- (en) Hand, Chyba, Carlson et Cooper, « Clathrate Hydrates of Oxidants in the Ice Shell of Europa », Astrobiology, vol. 6, no 3, , p. 463–482 (ISSN 1531-1074, PMID 16805702, DOI 10.1089/ast.2006.6.463, Bibcode 2006AsBio...6..463H)
- (en) Battaglia, Stewart et Kieffer, « Io's theothermal (sulfur) – Lithosphere cycle inferred from sulfur solubility modeling of Pele's magma supply », Icarus, vol. 235, , p. 123–129 (DOI 10.1016/j.icarus.2014.03.019, Bibcode 2014Icar..235..123B)
- (en) Cheng, « Escape of sulfur and oxygen from Io », Journal of Geophysical Research, vol. 89, no A6, , p. 3939 (ISSN 0148-0227, DOI 10.1029/JA089iA06p03939, Bibcode 1984JGR....89.3939C)
- (en) Vidal, Bahr, Baragiola et Peters, « Oxygen on Ganymede: laboratory studies », Science, vol. 276, no 5320, , p. 1839–42 (PMID 9188525, DOI 10.1126/science.276.5320.1839, Bibcode 1997Sci...276.1839V)
- (en) West R.A., Baines K.H., Karkoschka E. et Sánchez-Lavega A., « Clouds and Aerosols in Saturn's Atmosphere », dans Michele Dougherty, Larry Esposito, Stamatios Krimigis, Saturn from Cassini-Huygens, New York, Springer, (ISBN 978-1-4020-9216-9, DOI 10.1007/978-1-4020-9217-6_7, Bibcode 2009sfch.book..161W), p. 161-179
- (en) Atreya, Adams, Niemann et Demick-Montelara, « Titan's methane cycle », Planetary and Space Science, vol. 54, no 12, , p. 1177–1187 (ISSN 0032-0633, DOI 10.1016/j.pss.2006.05.028, Bibcode 2006P&SS...54.1177A)
- (en) Tobie, Choukroun, Grasset et Le Mouelic, « Evolution of Titan and implications for its hydrocarbon cycle », Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 367, no 1889, , p. 617–631 (ISSN 1364-503X, PMID 19073458, DOI 10.1098/rsta.2008.0246, Bibcode 2009RSPTA.367..617T)
- (en) Lebonnois, Bakes et McKay, « Atomic and molecular hydrogen budget in Titan's atmosphere », Icarus, vol. 161, no 2, , p. 474–485 (ISSN 0019-1035, DOI 10.1016/S0019-1035(02)00039-8, Bibcode 2003Icar..161..474L)
- (en) Choukroun et Sotin, « Is Titan's shape caused by its meteorology and carbon cycle? », Geophysical Research Letters, vol. 39, no 4, , n/a (ISSN 0094-8276, DOI 10.1029/2011GL050747, Bibcode 2012GeoRL..39.4201C)
- (en) Parkinson, Liang, Hartman et Hansen, « Enceladus: Cassini observations and implications for the search for life », Astronomy and Astrophysics, vol. 463, no 1, , p. 353–357 (ISSN 0004-6361, DOI 10.1051/0004-6361:20065773, Bibcode 2007A&A...463..353P, lire en ligne)
- (en) Parkinson, Liang, Yung et Kirschivnk, « Habitability of Enceladus: Planetary Conditions for Life », Origins of Life and Evolution of Biospheres, vol. 38, no 4, , p. 355–369 (ISSN 0169-6149, PMID 18566911, DOI 10.1007/s11084-008-9135-4, Bibcode 2008OLEB...38..355P)
- (en) Richard Schmude Jr., Uranus, Neptune, and Pluto and How to Observe Them, Springer Science & Business Media, , 67– (ISBN 978-0-387-76602-7, lire en ligne)
- (en) Grundy, Young, Spencer et Johnson, « Distributions of H2O and CO2 ices on Ariel, Umbriel, Titania, and Oberon from IRTF/SpeX observations », Icarus, vol. 184, no 2, , p. 543–555 (DOI 10.1016/j.icarus.2006.04.016, Bibcode 2006Icar..184..543G, arXiv 0704.1525)
- (en) Dale P. Cruikshank, Mildred Shapley Matthews et A. M. Schumann, Neptune and Triton, University of Arizona Press, , 500– (ISBN 978-0-8165-1525-7, lire en ligne)
- (en) Steven M. Battaglia, « Volatile-Lithosphere Recycling of Outer Icy Satellites and Trans-Neptunian Objects Inferred from Thermal Gradient Modeling of Triton's Ice Shell », Geological Society of America (conférence), Geological Society of America, vol. 45, no 7, , p. 771 (lire en ligne)
- (en) Hansen et Paige, « A thermal model for the seasonal nitrogen cycle on Triton », Icarus, vol. 99, no 2, , p. 273–288 (ISSN 0019-1035, DOI 10.1016/0019-1035(92)90146-X, Bibcode 1992Icar...99..273H)
- (en) Hansen et Paige, « Seasonal Nitrogen Cycles on Pluto », Icarus, vol. 120, no 2, , p. 247–265 (ISSN 0019-1035, DOI 10.1006/icar.1996.0049, Bibcode 1996Icar..120..247H)
