TP Les modifications du cycle du carbone et ses conséquences sur les écosystèmes (collez cette fiche dans votre cahier)

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1 (collez cette fiche dans votre cahier) Les activités humaines sont à l'origine d'une augmentation du taux de CO 2 dans l'atmosphère depuis la fin du XIX ième siècle. Cette augmentation modifie le cycle du carbone et a des conséquences sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. Problème : Qu appelle-t-on cycle du carbone? Comment les modifications du cycle de carbone peuvent-elles avoir des conséquences sur les écosystèmes marins? Aide pour comprendre les flux de carbone entre différents réservoirs de carbone (atmosphère, hydrosphère, biosphère, lithosphère) Le carbone est présent sur Terre sous Des transferts de carbone ont lieu entre ces différentes formes : par différentes formes : dans les molécules exemple, lors de la photosynthèse, l absorption de CO 2 par les organiques du vivant, dans les molécules végétaux chlorophylliens correspond à un transfert de carbone entre composant les hydrocarbures (charbon, l atmosphère et l hydrosphère vers la biosphère. La respiration par pétrole), dans le dioxyde de carbone contre restitue du CO 2 vers l atmosphère et l hydrosphère. Au cours (atmosphérique mais aussi dans l'eau où de la formation de roches comme le calcaire, du CO 2 est utilisé : le il se trouve sous forme dissoute). Le CO 2 dissous dans l hydrosphère est transféré dans la lithosphère. carbone est aussi présent dans des Ces différents transferts sont appelés des flux de carbone (quantité roches comme le calcaire. de carbone par unité de temps). Photographie d un Limacina hellicina. Situation problème : Limacina hellicina [vidéo : «Acidification des océans»] Limacina hellicina communément appelé papillons de mer est un gastéropode marin. C'est une espèce clef du zooplancton de l'écosystème de l'océan Atlantique. Des chercheurs ont montré en 2009 que la coquille de cet animal se construit moins rapidement à cause de l'acidification des océans, menaçant l'espèce. Quelle est l origine de cette acidification des eaux des océans? Hypothèse (s) :..... Compétences travaillées : o Activité 1 (TP) : Concevoir et mettre en œuvre des expériences de modélisation pour mettre en évidence des transferts de carbone entre atmosphère et hydrosphère et en expliquer les conséquences sur certains organismes marins. Propositions d expériences pour vérifier vos hypothèses : au brouillon sur votre cahier (voir aide au tableau) o Activité 2 (Bilan) : Représenter un cycle de carbone simplifié mais quantifié pour comprendre en quoi l utilisation des combustibles fossiles constitue un enjeu planétaire. Production finale attendue : A partir de l ensemble des activités réalisées, construire un schéma du cycle du carbone simplifié qui présente les réservoirs et leurs échanges de carbone (des données chiffrées sont attendues). Accompagner ce schéma d un court paragraphe permettant de comprendre les conséquences de l augmentation du taux de CO 2 atmosphérique sur la biodiversité des océans. (voir document à compléter)

2 Activité 1 : Mettre en évidence un transfert de carbone entre deux réservoirs et comprendre le phénomène de l acidification des océans. Consignes de sécurité : blouse, gants et lunettes A l aide du matériel à votre disposition concevoir et mettre en œuvre des expériences de modélisation. Trois expériences doivent vous permettre d obtenir des éléments pour répondre à la consigne générale du TP. Démarche expérimentale : Observation et constat Questionnement Hypothèse(s) Conséquences attendues Vérification des hypothèses : conception et mise en œuvre d une ou plusieurs expériences étude d un paramètre et témoin Exploitation et analyse des résultats expérimentaux Validation ou non des hypothèses Proposition d une explication Expérience analogique et modélisation : En sciences, on parle de modèle dès lors que la complexité des phénomènes mis en jeu ne permet pas d en appréhender la globalité en laboratoire. L expérience analogique permet de comprendre, en simplifiant, des phénomènes naturels en étudiant par exemple un seul paramètre. L expérience analogique donne une représentation, une explication de phénomènes mais sans exploiter l intégralité des paramètres mis en jeu. Manipulation 1 : Le transfert de CO2 de l atmosphère vers l hydrosphère Pourquoi une augmentation du CO2 dans l atmosphère induit-elle une augmentation de CO2 dans les océans? Matériel à votre disposition -Eau de chaux : met en évidence la présence de dioxyde de carbone (CO 2 ) en se troublant. -Erlenmeyer ; paille ; bouchon à deux orifices ; bécher Consigne de sécurité : l eau de chaux est un irritant L eau de chaux est une solution saturée d hydroxyde de calcium de formule Ca(OH)2 En présence de CO2 la réaction qui a lieu est la suivante : Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O Rappel : l air que vous expirez est plus riche en CO2 que l air inspiré. Avez-vous pensé à un témoin? Sur votre cahier, expliquez ou schématisez ce que vous avez fait. Notez vos résultats et vos déductions. Donnez une conclusion en relation avec la question posée

3 Consignes de sécurité : blouse, gants et lunettes A l aide du matériel à votre disposition concevoir et mettre en œuvre des expériences de modélisation. Trois expériences doivent vous permettre d obtenir des éléments pour répondre à la consigne générale du TP. Manipulation 2 : L acidification des océans Comment démontrer qu une augmentation du CO2 dissout dans les océans entraîne une acidification des océans? Matériel à votre disposition Consigne de sécurité : les sondes ph sont très Sonde ph (ou ph mètre) support avec agitateur fragiles et en particulier l extrémité en avec interface labquest verre (180 la sonde!). Ne pas toucher Film étirable ; paille ; eau bouillie à température ambiante ; eau distillée ; thermomètre l électrode en verre( à l extrémité), replacer après usage l extrémité de la sonde dans le flacon à eau distillée (comme au début) après l avoir rincée à l aide de la pissette d eau distillée. Rappel : l air que vous expirez est plus riche en CO2 que l air inspiré. Avez-vous pensé à un témoin? Sur votre cahier, expliquez ou schématisez ce que vous avez fait. Notez vos résultats et vos déductions. Donnez une conclusion en relation avec la question posée

4 Consignes de sécurité : blouse, gants et lunettes A l aide du matériel à votre disposition concevoir et mettre en œuvre des expériences de modélisation. Trois expériences doivent vous permettre d obtenir des éléments pour répondre à la consigne générale du TP. Manipulation 3 : Conséquences de l acidification des océans sur l écosystème marin Pourquoi l acidification des océans perturbe-t-elle la formation des enveloppes calcaires d organismes marins? Matériel à votre disposition Craie émiettée ; coquilles diverses ; Vinaigre blanc (acide acétique : CH 3 COOH) Pipettes plastiques, verres de montre La craie est une roche sédimentaire calcaire composée de carbonate de calcium CaCO3 et formée à partir d ions HCO3 - dissout dans l eau et d ions Ca 2+. La craie scolaire contient du CaCO3. En présence d un acide comme l acide acétique, le carbonate de calcium réagit selon l équation chimique suivante : CaCO3 + 2 H + Ca 2+ + CO2 + H2O Document : Impact sur les organismes marins À mesure que du CO2 se dissout dans les mers et océans, l eau devient plus acide : son ph diminue. La réaction en cause produit des ions H + responsable de l acidité et des ions hydrogénocarbonate (HCO3 - ) selon la réaction : CO2 + H2O HCO3 - + H + Ces ions hydrogène H + réagissent avec les ions carbonate CO3 2- pour former des ions hydrogénocarbonate : CO H + HCO3 - Ceci induit la diminution des ions carbonates (CO3 2 ) nécessaires à de nombreux organismes marins pour fabriquer leur squelette ou coquille calcaire (coraux, moules, huîtres ). Ces organismes auront donc de plus en plus de difficultés à «fabriquer» ces structures calcaires. Leurs squelettes et coquilles sont aussi menacés de dissolution. En effet, au-dessus d'un certain seuil d acidité, l'eau de mer devient corrosive vis-à-vis du calcaire, la matière dont les squelettes et coquilles sont fabriqués. Sur votre cahier, expliquez ou schématisez ce que vous avez fait. Notez vos résultats et vos déductions. Donnez une conclusion en relation avec la question posée Pour aller plus loin : Penser aux limites de vos expériences analogiques.

5 Les modifications du cycle du carbone et Activité 2 : Identification des réservoirs de carbone et des échanges entre ces réservoirs. Le cycle naturel du carbone s effectue au travers des grands réservoirs de la planète. La quantité totale de carbone se répartit entre l atmosphère (760 Gtc), l hydrosphère ( Gtc ), la biosphère (610 Gtc ), et la lithosphère* ( Gtc ). Gtc : gigatonnes en équivalent carbone, c est-à-dire milliards de tonnes de carbones. *Lithosphère : enveloppe terrestre constituée de l ensemble des roches superficielles. Elle comporte la croûte (océanique et continentale) et une partie du manteau supérieur. Le tableau ci-dessous résume les échanges entre ces grands réservoirs sans tenir compte des activités humaines. Document 2 : Modification des flux de carbone sous l effet des activités humaines Différentes activités humaines modifient les flux de carbone. Par exemple, la combustion des hydrocarbures libère du CO2 dans l'atmosphère; on estime actuellement ce flux supplémentaire d'origine anthropique à 6 Gt par an. Mais environ 1,5 Gt/an de ce CO2 est utilisé par les végétaux. De même, 1,5 Gt/an de CO2 d'origine anthropique se dissout dans les océans. Ainsi, 3 Gt/an de CO2 s'accumulent dans l'atmosphère.

6 Document à compléter (prendre modèle sur l exemple donné) Respiration 50 Gtc/an CO2 Photosynthèse Atmosphère Respiration/Décomposition charbon Hydrosphère gaz pétrole Lithosphère Flux naturel de carbone Document à compléter (prendre modèle sur l exemple donné) Respiration 50 Gtc/an CO2 Photosynthèse Atmosphère Respiration/Décomposition charbon Hydrosphère gaz pétrole Lithosphère Flux naturel de carbone