Informations

Les niveaux d'oxygène seraient-ils stables sans photosynthèse ?

Les niveaux d'oxygène seraient-ils stables sans photosynthèse ?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

J'ai appris le fonctionnement du cycle CO$_2$ dans plusieurs classes de biologie, secondaire, primaire, géologie et physique. Puis aujourd'hui, il y a eu un article publié dans le NY Times affirmant :

… c'est un mythe que la photosynthèse contrôle la quantité d'oxygène dans l'atmosphère. Même si toute la photosynthèse sur la planète était arrêtée, la teneur en oxygène de l'atmosphère changerait de moins de 1 %.

Je suis vraiment confus. Si la terre contient naturellement 20 % d'oxygène en l'absence de photosynthèse, pourquoi a-t-elle atteint un pic pendant le grand événement d'oxygénation ? J'ai relu ça plusieurs fois. Il n'y a pas de citation ; aucun autre contexte ne peut expliquer cela. Si cela venait du camp des négationnistes du changement climatique, je l'ignorerais simplement, mais les références diraient le contraire. C'est dans le NY Times et Nadine Unger est chimiste atmosphérique à Yale.

Je suppose qu'il s'agit simplement d'un paragraphe trompeur avec un grain de vérité. La question est, où est ce grain? Combien de temps la teneur en oxygène de l'atmosphère resterait-elle à moins de 1% du niveau actuel si nous désactivions la photosynthèse ?


La réponse à votre question se trouve dans le premier graphique de l'article de Wikipédia auquel vous avez lié : Grand événement d'oxygénation. Dans ce graphique, où le temps est mesuré en milliards d'années, vous voyez que O2, tel qu'il a été produit, a été absorbé dans les océans, les fonds marins, les surfaces terrestres et enfin, il y a environ 0,85 milliard d'années, O2 éviers remplis et le gaz accumulé dans l'atmosphère.[1] Le pic dont vous parlez était probablement dû à

l'évolution des grandes plantes vasculaires terrestres qui ont entraîné une augmentation de l'O2 production et augmentation de l'O2 en raison de l'enfouissement mondial accru de matière organique riche en lignine et résistante aux microbes au cours du Permo-Carbonifère (Berner 2004).

Plus simplement, il n'y avait pas encore d'équilibre établi entre la quantité d'oxygène produite, la stabilisation des couches océaniques et «l'enfouissement du carbone en excès» dans les couches océaniques les plus profondes. La plupart des O2 sur terre a été produit il y a plusieurs millions d'années; c'est un mythe que le O2 nous respirons aujourd'hui est le même O2 faite par, disons, le phytoplancton océanique hier.

Nadene Unger déclare dans l'article du NYT que

C'est un mythe que la photosynthèse contrôle la quantité d'oxygène dans l'atmosphère. Même si toute la photosynthèse sur la planète était arrêtée, la teneur en oxygène de l'atmosphère changerait de moins de 1 %.

C'est parce qu'il y a d'énormes puits d'oxygène qui stockent l'oxygène gazeux, comme les couches superficielles de l'océan. Comme O2 est utilisé, l'océan abandonnerait gratuitement O2. En raison de ces puits, certains estiment que

si la photosynthèse devait cesser, l'oxygène atmosphérique serait épuisé en 5000 ans en raison de la respiration, de l'altération et de la combustion.[2]

tandis que d'autres affirment que

Si la photosynthèse s'arrêtait pour une raison quelconque, l'oxydation de l'ensemble du réservoir de carbone organique consommerait moins de 1% d'O2 actuellement dans l'atmosphère et il n'y aurait plus d'O2 perte (puisqu'il n'y aurait plus de carbone organique à oxyder). Inversement, si la respiration et la décroissance s'arrêtaient, la conversion de tout le CO atmosphérique2 trop2 par photosynthèse augmenterait O2 niveaux de seulement 0,2%.[3]

Il est très difficile d'obtenir une réponse complète sur ce qui se passerait exactement. Supposons-nous que toute la végétation/phytoplancton disparaît soudainement, ou meurt-il (augmentant ainsi le drain de carbone sur O2) ? Supposons-nous une mort rapide et rapide des animaux en raison du manque de végétation/plancton, etc. comme nourriture, ou serait-ce plus lent ? Comme je l'ai dit, il est difficile de trouver une réponse complète. Dans tous les cas, l'O atmosphérique2 ne fluctuerait pas énormément dans l'immédiat.

[1] L'oxygénation de l'atmosphère et des océans Heinrich D Holland, Phil. Trans. R. Soc., 29 juin 2006
[2] Le cycle global de l'oxygène
[3] Introduction à la chimie atmosphérique


Photosynthèse

Au moment où vous aurez terminé cette unité, vous devriez être en mesure d'expliquer les concepts de base sur cette page et dans les sections correspondantes du chapitre 10 (Photosynthèse) dans Campbell :

  • Comment les réactions lumineuses captent l'énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique.
  • Comment le cycle de Calvin utilise les sorties des réactions lumineuses.
  • Similitudes et différences entre la photosynthèse et la respiration cellulaire.

Pour des objectifs plus détaillés, voir la section de révision au bas de cette page.

La couverture de la photosynthèse dans Campbell est excellente, je recommande fortement de le lire. Sur cette page, je vais donner un bref compte rendu de certaines des idées clés de la photosynthèse pour Bio 6B, destiné à compléter le chapitre et vous donner une idée claire de ce à quoi s'attendre pour le quiz et à mi-parcours.

Avant de commencer, je vous recommande de regarder cette vidéo : Photosynthèse | Vidéo HHMI BioInteractive. C'est une excellente vidéo qui va du simple aperçu aux mécanismes détaillés. C'est peut-être tout ce que vous devez savoir, en 11 minutes !


Oxygène dissous et vie aquatique

L'oxygène dissous est important pour de nombreuses formes de vie aquatique.

L'oxygène dissous est nécessaire à de nombreuses formes de vie, notamment les poissons, les invertébrés, les bactéries et les plantes. Ces organismes utilisent de l'oxygène pour respirer, tout comme les organismes terrestres. Les poissons et les crustacés obtiennent de l'oxygène pour respirer par leurs branchies, tandis que la vie végétale et le phytoplancton ont besoin d'oxygène dissous pour respirer lorsqu'il n'y a pas de lumière pour la photosynthèse 4 . La quantité d'oxygène dissous nécessaire varie d'une créature à l'autre. Les mangeoires de fond, les crabes, les huîtres et les vers ont besoin de quantités minimales d'oxygène (1-6 mg/L), tandis que les poissons d'eau peu profonde ont besoin de niveaux plus élevés (4-15 mg/L)⁵.

Les microbes tels que les bactéries et les champignons ont également besoin d'oxygène dissous. Ces organismes utilisent l'OD pour décomposer la matière organique au fond d'un plan d'eau. La décomposition microbienne est un contributeur important au recyclage des nutriments. Cependant, s'il y a un excès de matière organique en décomposition (provenant d'algues mourantes et d'autres organismes), dans un plan d'eau avec peu ou pas de renouvellement (également connu sous le nom de stratification), l'oxygène à des niveaux d'eau inférieurs s'épuisera plus rapidement ⁶.


Les plantes contiennent une vaste gamme de produits chimiques qui sont extraits et utilisés dans la production de médicaments. L'aspirine, le médicament utilisé comme analgésique et pour réduire la coagulation du sang chez les patients cardiaques, est dérivé de l'acide salicylique, un produit chimique extrait de l'écorce du saule. Des analgésiques beaucoup plus puissants (médicaments analgésiques) tels que la morphine et la codéine sont produits à partir de l'opium, la sève séchée dérivée des graines du pavot.

À ce jour, le nombre de plantes testées pour leurs propriétés médicinales ne se compte que par milliers. Il en reste encore un grand nombre à tester, y compris de nombreuses espèces provenant des forêts tropicales humides. Les propriétés médicinales inconnues de ces espèces végétales ajoutent à l'importance de protéger les habitats naturels tels que les forêts tropicales.

Le bois utilisé comme matériau de construction, comme combustible pour la combustion et dans la fabrication de papier provient des arbres.


Quelles sont les différentes méthodes de mesure du taux de photosynthèse ?

Il existe quelques méthodes clés pour calculer le taux de photosynthèse. Ceux-ci inclus:

1) Mesurer l'absorption de CO2

2) Mesurer la production d'O2

3) Mesurer la production de glucides

4) Mesurer l'augmentation de la masse sèche

Comme l'équation de la respiration est presque l'inverse de celle de la photosynthèse, vous devrez vous demander si ces méthodes mesurent uniquement la photosynthèse ou si elles mesurent l'équilibre entre la photosynthèse et la respiration.

Mesurer la photosynthèse via l'absorption de dioxyde de carbone

Utiliser des « algues immobilisées » - Il est facile et précis de mesurer le taux de photosynthèse et de respiration en utilisant des algues immobilisées dans une solution indicatrice d'hydrogénocarbonate - connue sous le nom de technique des «boules d'algues». Lisez le protocole complet sur l'utilisation d'algues immobilisées pour mesurer la photosynthèse.

Utiliser un IRGA - Absorption de CO2 peut être mesuré à l'aide d'un IRGA (Infra-Red Gas Analyser) qui permet de comparer le CO2 concentration dans le gaz passant dans une chambre entourant une feuille/plante et le CO2 quitter la chambre.

Utiliser un CO2 surveiller - Plus simplement, vous pourriez mettre une plante dans un sac plastique et surveiller le CO2 concentration dans le sac à l'aide d'un CO2 surveiller. Naturellement, la terre et les racines ne doivent PAS être dans le sac (car elles respirent). Alternativement, vous pouvez placer de la solution indicatrice de bicarbonate dans le sac avec la plante et observer le changement de couleur. Cela serait mieux fait avec un nuancier de référence pour essayer de rendre le point final moins subjectif. Cela pourrait donner une comparaison entre plusieurs plantes. Il y a des difficultés avec cette méthode, comme je suis sûr que vous pouvez le comprendre. La surface foliaire des plantes doit être mesurée afin que vous puissiez compenser la taille de la plante. L'air atmosphérique ne contient que 400 ppm de CO2, donc il n'y a pas beaucoup de CO2 à surveiller et l'usine sera bientôt à court de CO2 à réparer.

Mesurer la photosynthèse via la production d'oxygène

L'oxygène peut être mesuré en comptant les bulles dégagées par le potamot ou en utilisant l'appareil Audus pour mesurer la quantité de gaz dégagée sur une période de temps. Pour ce faire, placez Cabomba potamot dans une seringue à l'envers dans un bain-marie relié à un tube capillaire (vous pouvez également utiliser Élodée, mais on trouve Cabomba plus fiable). Mettez l'herbe dans une solution de NaHCO3 Solution. Vous pouvez ensuite étudier la quantité de gaz produite à différentes distances d'une lampe. Lisez un protocole complet sur la façon d'étudier la photosynthèse à l'aide de potamot.

Mesurer la photosynthèse via la production de glucides

Il existe une méthode grossière où un disque est découpé d'un côté d'une feuille (à l'aide d'un perce-bouchon contre une bonde en caoutchouc) et pesé après séchage. Quelques jours (voire semaines plus tard), un disque est découpé dans l'autre moitié de la feuille, séché et pesé. L'augmentation de la masse du disque est une indication de la masse supplémentaire qui a été stockée dans la feuille. C'est très simple à faire et vous permet d'étudier les plantes poussant à l'état sauvage. Cependant, vous pouvez probablement penser à plusieurs inexactitudes dans cette méthode.

Mesure photosynthèse via l'augmentation de la masse sèche

La masse sèche est souvent contrôlée par la technique des « récoltes en série » où plusieurs plantes sont récoltées, séchées jusqu'à poids constant et pesées - ceci est répété pendant toute la durée de l'expérience. Si vous récoltez plusieurs plantes et enregistrez la masse qu'elles ont accumulée, vous aurez une mesure précise du surplus de photosynthèse en plus de la respiration qui a eu lieu. Comme avec la plupart des méthodes, vous avez besoin de plusieurs plantes pour que vous ayez des mesures répétées et que vous puissiez trouver une moyenne et un écart type si nécessaire.

Étude de la réaction dépendante de la lumière dans la photosynthèse

Le taux de décoloration du DCPIP dans la réaction de Hill est une mesure du taux des étapes de la photosynthèse nécessitant de la lumière


Des roches anciennes enregistrent les premières preuves de la photosynthèse qui a produit de l'oxygène

Une nouvelle étude montre que les roches ferrifères qui se sont formées au fond de l'océan il y a 3,2 milliards d'années portent des preuves indubitables de l'oxygène. La seule source logique de cet oxygène est le premier exemple connu de photosynthèse par des organismes vivants, selon les géoscientifiques de l'Université du Wisconsin-Madison.

"Les roches d'il y a 3,4 milliards d'années ont montré que l'océan ne contenait pratiquement pas d'oxygène libre", explique Clark Johnson, professeur de géosciences à l'UW-Madison et membre de l'Institut d'astrobiologie de la NASA. “Des travaux récents ont montré une petite augmentation de l'oxygène à 3 milliards d'années. Les roches que nous avons étudiées ont 3,23 milliards d'années et sont assez bien conservées, et nous pensons qu'elles montrent des signes évidents d'oxygène dans les océans bien plus tôt que les découvertes précédentes.

Le candidat le plus raisonnable pour libérer l'oxygène trouvé dans l'oxyde de fer est les cyanobactéries, des organismes photosynthétiques primitifs qui vivaient dans l'ancien océan. Les premières preuves de la vie remontent maintenant à 3,5 milliards d'années, de sorte que la photosynthèse oxygénée aurait pu évoluer relativement peu de temps après la vie elle-même.

Jusqu'à récemment, la sagesse conventionnelle en géologie soutenait que l'oxygène était rare jusqu'au "grand événement d'oxygénation", il y a 2,4 à 2,2 milliards d'années.

Les roches étudiées, appelées jaspe, constituées d'oxyde de fer et de quartz, présentent des stries régulières causées par des changements de composition dans les sédiments qui les ont formées. Pour détecter l'oxygène, les scientifiques de l'UW-Madison ont mesuré les isotopes du fer avec un spectromètre de masse sophistiqué, dans l'espoir de déterminer la quantité d'oxygène nécessaire pour former les oxydes de fer.

Aaron Satkoski tient un échantillon scié à partir d'une carotte de roche vieille de 3,23 milliards d'années trouvée en Afrique du Sud. Les bandes montrent différents types de sédiments tombant au fond de l'océan et se solidifiant en roche.

« Des oxydes de fer contenus dans les sédiments profonds à grains fins qui se sont formés en dessous du niveau de perturbation des vagues formées dans l'eau avec très peu d'oxygène », explique le premier auteur Aaron Satkoski, scientifique adjoint au département de géosciences. Mais la roche plus granuleuse qui s'est formée à partir de sédiments peu profonds et agités par les vagues semble rouillée et contient de l'oxyde de fer qui a nécessité beaucoup plus d'oxygène pour se former.

La preuve visuelle a été étayée par des mesures d'isotopes de fer, a déclaré Satkoski.

L'étude a été financée par la NASA et publiée dans Earth and Planetary Science Letters.

Les échantillons, fournis par Nicolas Beukes, collaborateur de l'Université de Johannesburg, étaient originaires d'une région géologiquement stable de l'est de l'Afrique du Sud.

Parce que les échantillons provenaient d'une seule carotte de forage, les scientifiques ne peuvent pas prouver que la photosynthèse était répandue à l'époque, mais une fois qu'elle a évolué, elle s'est probablement propagée. « Il y avait une pression évolutive pour développer la photosynthèse oxygénée », explique Johnson. « Une fois que vous fabriquez des machines cellulaires suffisamment compliquées pour le faire, votre approvisionnement en énergie est inépuisable. Vous n'avez besoin que de soleil, d'eau et de dioxyde de carbone pour vivre.”

D'autres organismes ont développé des formes de photosynthèse qui ne libéraient pas d'oxygène, mais ils comptaient sur des minéraux dissous dans les eaux souterraines chaudes – une source beaucoup moins abondante que l'eau de mer, ajoute Johnson. Et bien que l'oxygène était définitivement présent dans l'océan peu profond il y a 3,2 milliards d'années, la concentration n'était estimée qu'à environ 0,1% de celle trouvée dans les océans d'aujourd'hui.

Aaron Satkoski est photographié avec le spectromètre de masse haute résolution utilisé pour analyser des échantillons de roche d'Afrique du Sud qui repoussent la date de la première photosynthèse oxygénée à 3,23 milliards d'années.

La confirmation des résultats sur le fer est venue d'études sur l'uranium et ses produits de désintégration dans les échantillons, explique le co-auteur Brian Beard, scientifique principal à l'UW-Madison. « L'uranium n'est soluble que sous forme oxydée, de sorte que l'uranium dans les sédiments devait contenir de l'oxygène lorsque la roche s'est solidifiée. »

Les mesures du plomb formé à partir de la désintégration radioactive de l'uranium ont montré que l'uranium est entré dans l'échantillon de roche il y a 3,2 milliards d'années. Il s'agissait d'une vérification indépendante indiquant que l'uranium n'avait pas été ajouté récemment. C'est aussi vieux que le rock, c'est le matériau d'origine, dit Beard.

"Nous essayons de définir l'âge auquel la photosynthèse oxygénée par les bactéries a commencé à se produire", dit-il. « Les cyanobactéries pourraient vivre dans des eaux peu profondes, faire de la photosynthèse et générer de l'oxygène, mais l'oxygène n'était pas nécessairement dans l'atmosphère ou dans les profondeurs de l'océan. »

Cependant, la photosynthèse était une astuce astucieuse, et tôt ou tard elle a commencé à se répandre, dit Johnson. « Une fois que la vie obtient la photosynthèse oxygénée, le ciel est la limite. Il n'y a aucune raison de s'attendre à ce qu'il n'aille pas partout.”


Comment les cyanobactéries productrices d'oxygène ont facilité la vie complexe

Achim Herrmann étudie la propagation des premières cyanobactéries. Crédit : Koziel/TUK

Le « Grand événement d'oxygénation » (GOE), le processus par lequel l'atmosphère terrestre s'enrichit en continu d'oxygène, un déchet de la photosynthèse, a commencé

il y a 2,43 milliards d'années. La source, selon la science, était des cyanobactéries photosynthétiques. Mais pourquoi ce revirement si important s'est-il produit si tard ? La vie cyanobactérienne existait, comme le montrent des échantillons de roche, au moins 300 millions d'années avant le GOE. Achim Herrmann, qui étudie la propagation des cyanobactéries précoces dans sa thèse de doctorat à la TU Kaiserslautern, est à la recherche de réponses. Son article de recherche actuel a maintenant été publié dans la revue Communication Nature.

"Il existe de nombreuses théories scientifiques qui s'entremêlent pour expliquer pourquoi la prolifération des cyanobactéries requises pour le GOE a été retardée", explique Herrmann, qui travaille sur son doctorat avec Michelle Gehringer en géomicrobiologie. "Par exemple, ils peuvent provenir d'eau douce, qui couvrait alors, comme aujourd'hui, seulement une fraction de la surface de la Terre. Ce n'est que lorsqu'ils se sont adaptés aux eaux plus salées et ont finalement habité l'océan qu'ils ont pu former des quantités suffisantes de biomasse pour provoquer un changement global dans l'atmosphère terrestre. Une autre théorie est que l'eau de l'océan riche en fer peut avoir été initialement toxique pour les bactéries photosynthétiques. Le fer s'était accumulé dans l'environnement marin principalement sous la forme d'ions fer (II) réduits et hautement solubles au cours de l'ère "archéenne" de la Terre, alors sans oxygène.

Dans ses recherches, Herrmann s'est appuyé sur l'hypothèse de la toxine du fer. "Nous voulions vérifier si le fer (II) inhibe non seulement les cyanobactéries modernes, mais aussi les souches marines plus primitives, en particulier Pseudanabaena sp. PCC7367 et Synechococcus sp. PCC7336, dans leur croissance et leur activité photosynthétique", a déclaré le biologiste.

Il est rapidement devenu évident à quel point la configuration expérimentale est cruciale. Dans des systèmes déjà établis où les bactéries sont cultivées dans des bouteilles en verre fermées sans oxygène, elles n'ont montré presque aucune croissance : « L'activité biologique était très faible dans les deux souches et presque complètement supprimée dans Synechococcus », explique Herrmann. La solution : « Un poste de travail anaérobie sur mesure de l'atelier métallurgique TUK, dans les chambres duquel la composition de l'atmosphère peut être régulée entièrement et automatiquement », dit-il. "En utilisant cette configuration, nous avons cultivé les cyanobactéries dans de grandes bouteilles de laboratoire avec des couvercles perméables aux gaz pour permettre les échanges gazeux. L'oxygène qu'elles produisaient était régulièrement retiré du système et le dioxyde de carbone était maintenu constant aux niveaux atmosphériques archéens proposés. Ainsi, nous étions capable de réaliser une oasis d'oxygène marine peu profonde, comme le suggèrent les échantillons de roche archéenne."

Comme prévu, les cyanobactéries « se sont senties plus à l'aise » dans l'environnement plus authentique. Mais que s'est-il passé lorsque le fer a été injecté à des concentrations croissantes ? Les bactéries de la souche Pseudanabaena se sont développées régulièrement bien, mais plus lentement que dans le système témoin. En revanche, la souche Synechococcus diminuait clairement son taux de division cellulaire à mesure que le fer augmentait. L'oxygène produit a principalement oxydé les ions Fe(II) dissous au lieu de s'échapper dans l'atmosphère. Et le taux de production d'oxygène pour les deux souches a atteint des valeurs significativement plus élevées dans l'environnement expérimental ajusté anoxiquement que dans la configuration de contrôle avec une atmosphère oxygénée, comme celle qui nous entoure aujourd'hui. Cela suggérerait que les niveaux d'oxygène atmosphérique modernes altèrent la photosynthèse par rapport à l'atmosphère anoxique du passé de la Terre.

De plus, la formation de rouille verte, un mélange de Fe(II) et de fer oxydé Fe(III), n'a été mise en évidence que dans le système de culture développé par Herrmann. La formation de rouille verte s'est accompagnée d'une forte diminution de l'activité biologique, probablement causée par des oxydes de fer incrustant les cellules bactériennes. Au cours de l'Archéen, la formation d'une telle rouille verte peut avoir contribué de manière décisive aux formations de fer rubanées, la source la plus importante de minerai de fer aujourd'hui.

Enfin, Herrmann a à nouveau modifié le scénario expérimental et simulé les conditions du fer pour une zone de marée. Du fer a été ajouté la nuit, lorsque les concentrations d'oxygène ont chuté vers zéro en raison de l'absence d'activité photosynthétique. Le résultat : la croissance a considérablement ralenti dans les deux souches, mais ne s'est jamais complètement arrêtée. Cela indique qu'une oasis d'oxygène archéenne aurait également pu tolérer l'afflux d'eau riche en fer pendant la nuit. Ici aussi, la formation de rouille verte s'est produite, mais elle a pu être encore oxydée rapidement et n'a donc pas arrêté la croissance.

Dans l'ensemble, les recherches de Herrmann ont comblé davantage de lacunes dans le puzzle de l'histoire de la Terre. Il a pu illustrer pour les deux souches de cyanobactéries comment le cycle du fer aurait pu se dérouler dans une oasis d'oxygène archéenne, et que des zones colonisées plus petites auraient probablement été suffisantes pour le début du GOE en raison des taux de production d'oxygène plus élevés. Il a également développé un concept de culture de cyanobactéries qui représente mieux les conditions de vie archéennes.

"J'espère qu'avec mon article de recherche, je pourrai nous aider à mieux comprendre comment notre atmosphère riche en oxygène a pu évoluer en premier lieu", a déclaré Herrmann.


La photosynthèse chez les procaryotes

Les deux parties de la photosynthèse, les réactions dépendantes de la lumière et le cycle de Calvin, ont été décrites, car elles se déroulent dans les chloroplastes. Cependant, les procaryotes, tels que les cyanobactéries, manquent d'organites liées à la membrane. Les organismes autotrophes photosynthétiques procaryotes ont des replis de la membrane plasmique pour la fixation de la chlorophylle et la photosynthèse (Figure (PageIndex<4>)). C'est ici que des organismes comme les cyanobactéries peuvent effectuer la photosynthèse.

Figure (PageIndex<4>) : un procaryote photosynthétique a des régions repliées de la membrane plasmique qui fonctionnent comme des thylakoïdes. Bien que ceux-ci ne soient pas contenus dans un organite, tel qu'un chloroplaste, tous les composants nécessaires sont présents pour effectuer la photosynthèse. (crédit : données de la barre d'échelle de Matt Russell)


Oxygène dissous et eau

L'oxygène dissous (OD) est une mesure de la quantité d'oxygène dissous dans l'eau - la quantité d'oxygène disponible pour les organismes aquatiques vivants. La quantité d'oxygène dissous dans un cours d'eau ou un lac peut nous en dire beaucoup sur la qualité de son eau.

Un scientifique de l'USGS mesure diverses conditions de qualité de l'eau à Holes Creek à Huffman Park à Kettering, Ohio.

L'USGS mesure l'eau depuis des décennies. Certaines mesures, telles que Température, pH, et conductance spécifique sont prélevés presque chaque fois que l'eau est échantillonnée et étudiée, peu importe où aux États-Unis l'eau est étudiée. Une autre mesure courante souvent prise est l'oxygène dissous (OD), qui est une mesure de la quantité d'oxygène dissous dans l'eau - l'OD peut nous en dire beaucoup sur la qualité de l'eau.

Oxygène dissous et eau

Bien que les molécules d'eau contiennent un atome d'oxygène, cet oxygène n'est pas ce dont ont besoin les organismes aquatiques vivant dans les eaux naturelles. Une petite quantité d'oxygène, jusqu'à environ dix molécules d'oxygène par million d'eau, est en fait dissoute dans l'eau. L'oxygène pénètre dans un cours d'eau principalement à partir de l'atmosphère et, dans les zones où l'évacuation des eaux souterraines dans les cours d'eau constitue une grande partie du débit, de rejet des eaux souterraines. Cet oxygène dissous est respiré par les poissons et le zooplancton et est nécessaire à leur survie.

Oxygène dissous et qualité de l'eau

Un lac eutrophe où les concentrations d'oxygène dissous sont faibles. Des proliférations d'algues peuvent se produire dans de telles conditions.

L'eau en mouvement rapide, comme dans un ruisseau de montagne ou une grande rivière, a tendance à contenir beaucoup d'oxygène dissous, alors que l'eau stagnante en contient moins. Bactéries dans l'eau peut consommer de l'oxygène lorsque la matière organique se désintègre. Ainsi, un excès de matière organique dans les lacs et les rivières peut provoquer des conditions eutrophes, c'est-à-dire une situation de manque d'oxygène qui peut entraîner la « mort » d'un plan d'eau. La vie aquatique peut avoir des difficultés dans les eaux stagnantes qui contiennent beaucoup de matières organiques en décomposition, surtout en été (la concentration d'oxygène dissous est inversement proportionnelle à la température de l'eau), lorsque les niveaux d'oxygène dissous sont à un creux saisonnier. L'eau près de la surface du lac - l'épilimnion - est trop chaude pour eux, tandis que l'eau près du fond - l'hypolimnion - a trop peu d'oxygène. Les conditions peuvent devenir particulièrement graves pendant une période de temps chaud et calme, entraînant la perte de nombreux poissons. Vous avez peut-être entendu parler de la mortalité estivale des poissons dans les lacs locaux qui résulte probablement de ce problème.

Oxygène dissous, température et vie aquatique

La température de l'eau affecte les concentrations d'oxygène dissous dans une rivière ou un plan d'eau.

Comme le montre le graphique, la concentration d'oxygène dissous dans les eaux de surface est affectée par la température et a à la fois un cycle saisonnier et un cycle quotidien. L'eau froide peut contenir plus d'oxygène dissous que l'eau chaude. En hiver et au début du printemps, lorsque la température de l'eau est basse, la concentration en oxygène dissous est élevée. En été et en automne, lorsque la température de l'eau est élevée, la concentration en oxygène dissous est souvent plus faible.

L'oxygène dissous dans les eaux de surface est utilisé par toutes les formes de vie aquatique. Par conséquent, ce constituant est généralement mesuré pour évaluer la « santé » des lacs et des cours d'eau. L'oxygène entre dans un flux de la atmosphère et de évacuation des eaux souterraines. La contribution de l'oxygène provenant de l'évacuation des eaux souterraines n'est cependant significative que dans les zones où les eaux souterraines constituent une grande partie de l'écoulement des cours d'eau, comme dans les zones de dépôts glaciaires. La photosynthèse est le principal processus affectant la relation oxygène dissous/température la clarté de l'eau et la force et la durée de la lumière solaire, à leur tour, affectent le taux de photosynthèse.

Hypoxie et "zones mortes"

Vous avez peut-être entendu parler d'une "zone morte" du golfe du Mexique dans les régions du golfe au sud de la Louisiane, où se déversent les rivières Mississippi et Atchafalaya. Une zone morte se forme de façon saisonnière dans le nord du golfe du Mexique lorsque les eaux souterraines s'appauvrissent en oxygène dissous et ne peuvent plus supporter la plupart des formes de vie. La zone se forme à l'ouest du delta du Mississippi sur le plateau continental au large de la Louisiane et s'étend parfois au large du Texas. L'épuisement de l'oxygène commence à la fin du printemps, augmente en été et se termine à l'automne.

Oxygène dissous dans les eaux de fond, mesuré du 8 juin au 17 juillet 2009, au cours de la croisière estivale annuelle du Programme de surveillance et d'évaluation de la zone sud-est du golfe du Mexique ( SEAMAP ) dans le nord du golfe du Mexique. Les couleurs orange et rouge indiquent des concentrations d'oxygène dissous plus faibles.

La formation d'eaux souterraines appauvries en oxygène a été associée à des eaux riches en nutriments (azote et phosphore) décharge des fleuves Mississippi et Atchafalaya. Les nutriments biodisponibles dans le rejet peuvent stimuler les proliférations d'algues, qui meurent et sont mangées par les bactéries, épuisant l'oxygène dans les eaux souterraines. La teneur en oxygène des eaux de surface normales salinité en été est généralement supérieure à 8 milligrammes par litre (8 mg/L) lorsque les concentrations d'oxygène sont inférieures à 2 mg/L, l'eau est définie comme hypoxique (CENR, 2000). L'hypoxie tue de nombreux organismes qui ne peuvent pas s'échapper, et donc la zone hypoxique est officieusement connue sous le nom de "zone morte".

La zone hypoxique du nord du golfe du Mexique est au centre d'une pêcherie productive et précieuse. La fréquence et l'expansion accrues des zones hypoxiques sont devenues un enjeu économique et environnemental important pour les utilisateurs commerciaux et récréatifs de la pêche.

Mesure de l'oxygène dissous

Moniteur multiparamètre utilisé pour enregistrer les mesures de la qualité de l'eau.

Les appareils de mesure de terrain et de laboratoire pour mesurer l'oxygène dissous existent depuis longtemps. Comme le montre cette photo, les compteurs modernes sont petits et hautement électroniques. Ils utilisent toujours une sonde, qui est située à l'extrémité du câble. L'oxygène dissous dépend de la température (une relation inverse), de sorte que le compteur doit être étalonné correctement avant chaque utilisation.

Voulez-vous tester votre local la qualité d'eau?

Des kits d'analyse de l'eau sont disponibles auprès du World Water Monitoring Challenge (WWMC), un programme international d'éducation et de sensibilisation qui sensibilise le public et s'implique dans la protection des ressources en eau dans le monde. Enseignants et passionnés des sciences de l'eau : Voulez-vous pouvoir effectuer des tests de base de la qualité de l'eau sur les eaux locales ? WWMC propose des kits de test peu coûteux afin que vous puissiez effectuer vos propres tests pour Température, pH, turbidité, et oxygène dissous.

Pensez-vous que vous en savez beaucoup sur les propriétés de l'eau?
Prenez notre quiz interactif vrai/faux sur les propriétés de l'eau et testez vos connaissances sur l'eau.


Importance de la photosynthèse

La photosynthèse est importante car elle produit de la nourriture pour les plantes et de l'oxygène. Sans photosynthèse, il ne serait pas possible de consommer de nombreux fruits et légumes nécessaires à l'alimentation humaine. De plus, de nombreux animaux qui consomment les humains ne pourraient pas survivre sans se nourrir de plantes.

D'autre part, l'oxygène que produisent les plantes est nécessaire pour que toute vie sur Terre, y compris les humains, puisse survivre. La photosynthèse est également responsable du maintien de niveaux stables d'oxygène et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Sans photosynthèse, la vie sur Terre ne serait pas possible.