QCM : Les grands cycles du carbone (25 questions)

Questions et réponses du QCM

1. En biogéosciences, qu’est-ce qui caractérise principalement une molécule organique présente sur Terre ?

Elle est produite par l’altération minérale et ne dépend pas des organismes vivants.
Elle est carbonée et doit majoritairement sa présence à l’activité métabolique des êtres vivants.
Elle contient du carbone oxydé et provient principalement de la dissolution des roches.
Elle est carbonée et se forme majoritairement indépendamment de l’activité des êtres vivants.

Elle est carbonée et doit majoritairement sa présence à l’activité métabolique des êtres vivants.

Explication

Une molécule organique est carbonée et sa présence sur Terre est majoritairement liée à l’activité métabolique des êtres vivants. La formation indépendante de cette activité caractérise plutôt la distinction avec les molécules inorganiques.

2. Une étude détecte du carbone dans de la biomasse fossile et dans des carbonates. Quelle classification correspond à ces formes de carbone ?

Les deux formes contiennent du carbone oxydé, car elles proviennent de réservoirs géologiques.
Les deux formes contiennent du carbone réduit, car elles se trouvent dans des matériaux terrestres.
La biomasse fossile contient du carbone réduit, tandis que les carbonates contiennent du carbone oxydé.
La biomasse fossile contient du carbone oxydé, tandis que les carbonates contiennent du carbone réduit.

La biomasse fossile contient du carbone réduit, tandis que les carbonates contiennent du carbone oxydé.

Explication

Le carbone de la biomasse actuelle ou fossile est une forme réduite, alors que celui des carbonates est une forme oxydée. Le caractère fossile de la biomasse ne la classe pas parmi les formes oxydées.

3. Quelle liste réunit les sept réservoirs majeurs de carbone terrestre ?

Les carbonates, le carbone organique fossile, l’atmosphère, l’hydrosphère, les sols, la biosphère et la nécrosphère.
Le manteau, le carbone organique fossile, les volcans, l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la nécrosphère.
Le manteau, les carbonates, les sols, l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et les sédiments océaniques.
Le manteau, les carbonates, le carbone organique fossile, l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la nécrosphère.

Le manteau, les carbonates, le carbone organique fossile, l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la nécrosphère.

Explication

Les sept réservoirs majeurs comprennent le manteau, les carbonates, le carbone organique fossile, l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la nécrosphère. Les sols ou les sédiments océaniques ne remplacent pas les catégories de cette liste.

4. Comment se comparent les quantités de carbone des réservoirs atmosphérique, hydrosphérique et de la biosphère vivante ?

L’hydrosphère en contient environ 39 000 Gt, l’atmosphère 829 Gt et la biosphère vivante 550 Gt.
La biosphère vivante en contient environ 39 000 Gt, l’hydrosphère 829 Gt et l’atmosphère 550 Gt.
L’hydrosphère en contient environ 39 000 Gt, la biosphère vivante 829 Gt et l’atmosphère 550 Gt.
L’atmosphère en contient environ 39 000 Gt, l’hydrosphère 829 Gt et la biosphère vivante 550 Gt.

L’hydrosphère en contient environ 39 000 Gt, l’atmosphère 829 Gt et la biosphère vivante 550 Gt.

Explication

L’hydrosphère contient environ 39 000 Gt de carbone, contre 829 Gt dans l’atmosphère et 550 Gt dans la biosphère vivante. Attribuer la plus grande quantité à l’atmosphère inverse la comparaison entre l’atmosphère et l’hydrosphère.

5. Quel processus décrit l’assimilation du carbone par un organisme autotrophe au carbone ?

La conversion du carbone inorganique, notamment du CO2CO_2, en molécules organiques.
La conversion des molécules organiques en carbone inorganique, notamment en CO2CO_2.
La conversion des carbonates en carbone atmosphérique par dissolution dans l’eau.
La conversion du carbone organique en biomasse fossile par enfouissement géologique.

La conversion du carbone inorganique, notamment du $$CO_2$$, en molécules organiques.

Explication

L’assimilation transforme du carbone inorganique, notamment le CO2CO_2, en molécules organiques grâce à des organismes autotrophes au carbone. La conversion inverse correspond à la minéralisation, et non à l’assimilation.

6. Quel bilan théorique représente l’assimilation du CO2CO_2 en ose ?

CH2O+H2O→O2+CO2\mathrm{CH_2O + H_2O \rightarrow O_2 + CO_2}
CO2+O2→H2O+CH2O\mathrm{CO_2 + O_2 \rightarrow H_2O + CH_2O}
CO2+H2O→O2+CH2O\mathrm{CO_2 + H_2O \rightarrow O_2 + CH_2O}
CH2O+O2→H2O+CO2\mathrm{CH_2O + O_2 \rightarrow H_2O + CO_2}

$$\mathrm{CO_2 + H_2O \rightarrow O_2 + CH_2O}$$

Explication

Le bilan théorique de l’assimilation consomme du CO2CO_2 et de l’eau et produit de l’oxygène et une unité représentée par CH2OCH_2O. L’équation qui commence par CH2OCH_2O et produit du CO2CO_2 décrit plutôt la minéralisation.

7. Une cellule autotrophe assimile du CO2CO_2 : de quelle source d’énergie dépend ce processus selon son mode trophique ?

Les photolithotrophes utilisent l’énergie lumineuse, tandis que les chimiolithotrophes utilisent l’énergie chimique.
Les photolithotrophes utilisent l’énergie chimique, tandis que les chimiolithotrophes utilisent l’énergie lumineuse.
Les deux groupes utilisent l’énergie lumineuse, mais la captent par des mécanismes différents.
Les deux groupes utilisent l’énergie chimique, mais l’obtiennent à partir de sources différentes.

Les photolithotrophes utilisent l’énergie lumineuse, tandis que les chimiolithotrophes utilisent l’énergie chimique.

Explication

L’assimilation du CO2CO_2 nécessite de l’énergie : elle est lumineuse chez les photolithotrophes et chimique chez les chimiolithotrophes. Inverser les deux sources attribue à chaque groupe le mode énergétique de l’autre.

8. Quelle équation représente le bilan théorique de la minéralisation de la matière organique ?

CH2O+O2→H2O+CO2\mathrm{CH_2O + O_2 \rightarrow H_2O + CO_2}
CO2+O2→H2O+CH2O\mathrm{CO_2 + O_2 \rightarrow H_2O + CH_2O}
CO2+H2O→O2+CH2O\mathrm{CO_2 + H_2O \rightarrow O_2 + CH_2O}
CH2O+H2O→O2+CO2\mathrm{CH_2O + H_2O \rightarrow O_2 + CO_2}

$$\mathrm{CH_2O + O_2 \rightarrow H_2O + CO_2}$$

Explication

La minéralisation théorique consomme de la matière organique représentée par CH2OCH_2O et de l’oxygène, puis produit de l’eau et du CO2CO_2. L’équation inverse correspond au bilan théorique de l’assimilation du carbone.

9. Quelle distinction caractérise la thermométhanisation et la biométhanisation lors de la production de méthane ?

La première est réalisée par des archées anaérobies, tandis que la seconde résulte d’une transformation abiotique de la nécromasse.
Les deux sont abiotiques, mais seule la seconde nécessite des archées méthanogènes.
Les deux sont des processus biologiques, mais seul le premier se déroule pendant la diagenèse précoce.
La première est abiotique pendant la diagenèse précoce, tandis que la seconde est réalisée par des archées méthanogènes anaérobies.

La première est abiotique pendant la diagenèse précoce, tandis que la seconde est réalisée par des archées méthanogènes anaérobies.

Explication

La thermométhanisation transforme abiologiquement la nécromasse pendant la diagenèse précoce, alors que la biométhanisation est assurée par des archées strictement anaérobies. Confondre les deux mécanismes revient à attribuer à la thermométhanisation une origine biologique.

10. Quel processus peut transformer le méthane libéré dans l’atmosphère en dioxyde de carbone ?

Une oxydation abiotique par l’oxygène, produisant aussi de l’eau.
Une dissolution dans l’eau, qui convertit directement le méthane en bicarbonate.
Une oxydation biologique par les archées, produisant aussi du méthanol.
Un piégeage en clathrates, qui transforme le méthane en dioxyde de carbone.

Une oxydation abiotique par l’oxygène, produisant aussi de l’eau.

Explication

Le méthane atmosphérique peut être oxydé de façon abiotique par l’oxygène pour former de l’eau et du CO₂. Le piégeage en clathrates concerne du méthane enfermé dans des cages de glace et ne correspond pas à cette oxydation.

11. Comment l’océan superficiel prélève-t-il du CO₂ atmosphérique par ses deux principales voies ?

Par dissolution physique dans l’eau et par consommation biologique dans la zone photique.
Par dégazage physique vers l’air et par consommation biologique dans les sédiments.
Par précipitation minérale en profondeur et par respiration biologique dans la zone aphotique.
Par dissolution dans les eaux profondes et par précipitation biologique dans la zone aphotique.

Par dissolution physique dans l’eau et par consommation biologique dans la zone photique.

Explication

L’océan superficiel absorbe le CO₂ par dissolution physique et par consommation biologique dans la zone photique. La pompe biologique dépend de la photosynthèse dans cette zone, contrairement à la dissolution qui dépend des échanges air-eau.

12. Si la pression partielle de CO₂ est plus élevée dans l’air que dans l’eau, quel transfert net est favorisé ?

Le CO₂ passe de l’eau vers les sédiments par précipitation.
Le CO₂ passe de l’air vers la biomasse par respiration.
Le CO₂ passe de l’air vers l’eau par dissolution.
Le CO₂ passe de l’eau vers l’air par dégazage.

Le CO₂ passe de l’air vers l’eau par dissolution.

Explication

Le gradient de pression partielle détermine le sens net des échanges, et une pression partielle supérieure dans l’air favorise le transfert vers l’eau. Le dégazage correspond au transfert inverse, de l’eau vers l’air.

13. Pourquoi la précipitation biologique du carbonate de calcium consomme-t-elle indirectement du CO₂ atmosphérique ?

Parce qu’elle stimule le dégazage du CO₂ dissous vers l’atmosphère.
Parce qu’elle mobilise des ions bicarbonate dont la formation a prélevé du CO₂.
Parce qu’elle transforme directement le CO₂ atmosphérique en calcium dissous.
Parce qu’elle libère des ions bicarbonate qui captent ensuite le CO₂ dans les sédiments.

Parce qu’elle mobilise des ions bicarbonate dont la formation a prélevé du CO₂.

Explication

La précipitation biologique du CaCO₃ mobilise des ions HCO₃⁻, formés à partir de CO₂ prélevé, ce qui explique la consommation indirecte. L’idée d’un dégazage accru décrit un transfert vers l’atmosphère et non ce mécanisme de prélèvement.

14. Quel rôle joue l’altération des roches carbonatées et silicatées dans le cycle du carbone ?

Elle constitue une pompe chimique qui prélève du CO₂ atmosphérique.
Elle constitue un dégazage géologique qui libère du CO₂ atmosphérique.
Elle constitue un processus de précipitation qui retire le CO₂ des roches.
Elle constitue une pompe biologique qui consomme du CO₂ par photosynthèse.

Elle constitue une pompe chimique qui prélève du CO₂ atmosphérique.

Explication

L’altération des roches carbonatées et silicatées agit comme une pompe chimique en prélevant du CO₂ atmosphérique. Le métamorphisme des carbonates est le processus associé au dégazage, et non à cette altération.

15. Que peut provoquer la fusion partielle de roches crustales ou mantelliques qui piègent du CO₂ ?

Le stockage du CO₂ dans des roches sans transfert vers les enveloppes externes.
La libération du CO₂ dans l’atmosphère et l’hydrosphère par le volcanisme.
La transformation du CO₂ piégé en ions bicarbonate par dissolution océanique.
Le prélèvement du CO₂ atmosphérique par l’altération des roches fondues.

La libération du CO₂ dans l’atmosphère et l’hydrosphère par le volcanisme.

Explication

La fusion partielle peut libérer le CO₂ piégé dans les roches crustales ou mantelliques, puis le volcanisme le transfère vers l’atmosphère et l’hydrosphère. Le stockage sans transfert ne décrit pas le dégazage associé au volcanisme.

16. Comment estime-t-on le temps de résidence d’un élément dans un réservoir ?

En rapportant la masse de l’élément dans le réservoir à la moyenne des flux entrants et sortants
En divisant la masse de l’élément par le seul flux sortant du réservoir
En comparant le flux entrant au flux sortant, indépendamment de la masse du réservoir
En additionnant la masse de l’élément et les flux entrants pendant une période donnée

En rapportant la masse de l’élément dans le réservoir à la moyenne des flux entrants et sortants

Explication

Le temps de résidence rapporte la masse présente dans le réservoir à la moyenne des flux entrants et sortants. Le flux sortant seul ne correspond pas à cette définition générale.

17. Un réservoir contient une masse MM et présente un flux entrant FeF_e ainsi qu’un flux sortant FsF_s : quelle expression donne son temps de résidence τ\tau ?

τ=(Fe+Fs)/2M\tau = \frac{(F_e + F_s)/2}{M}
τ=MFe−Fs\tau = \frac{M}{F_e - F_s}
τ=MFe+Fs\tau = \frac{M}{F_e + F_s}
τ=M(Fe+Fs)/2\tau = \frac{M}{(F_e + F_s)/2}

$$\tau = \frac{M}{(F_e + F_s)/2}$$

Explication

La formule divise la masse du réservoir par la moyenne des flux entrant et sortant. La somme des deux flux sans moyenne donne un dénominateur deux fois trop grand.

18. Un réservoir reçoit autant de matière qu’il en perd : que peut-on en déduire de sa masse, en l’absence d’autres changements ?

Elle augmente, car tout flux entrant ajoute de la matière au réservoir
Elle varie sans tendance, car des flux égaux ne déterminent pas son état
Elle reste constante, car le réservoir est en état stationnaire
Elle diminue, car le flux sortant évacue une partie de son contenu

Elle reste constante, car le réservoir est en état stationnaire

Explication

L’égalité des flux entrants et sortants maintient la masse du réservoir constante et définit un état stationnaire. Un flux sortant n’entraîne pas une diminution nette lorsque les apports le compensent.

19. Quelle comparaison décrit la vitesse des flux naturels de carbone liés à la surface et aux processus géologiques internes ?

Les processus de surface sont rapides, tandis que le métamorphisme, la fossilisation et la subduction sont très lents
Les processus de surface sont lents, tandis que le métamorphisme, la fossilisation et la subduction sont rapides
Les processus de surface et les processus géologiques internes ont des vitesses comparables
La fossilisation est rapide, tandis que les échanges entre l’atmosphère et la biosphère sont très lents

Les processus de surface sont rapides, tandis que le métamorphisme, la fossilisation et la subduction sont très lents

Explication

Les flux associés aux processus de surface sont rapides, contrairement au métamorphisme, à la fossilisation et à la subduction, qui sont très lents. La fossilisation ne fait donc pas partie des processus rapides de surface.

20. Quels réservoirs et processus caractérisent principalement le cycle court du carbone ?

La circulation entre les combustibles fossiles et l’atmosphère, principalement par enfouissement et fossilisation
La circulation lente entre la croûte et le manteau, principalement par métamorphisme et subduction
La circulation entre les roches carbonatées et les océans, principalement par enfouissement et fusion
La circulation rapide entre l’atmosphère, l’hydrosphère et la biosphère, notamment par assimilation et désassimilation

La circulation rapide entre l’atmosphère, l’hydrosphère et la biosphère, notamment par assimilation et désassimilation

Explication

Le cycle court correspond à une circulation rapide entre l’atmosphère, l’hydrosphère et la biosphère, avec un rôle central de l’assimilation et de la désassimilation. Les échanges impliquant la croûte et le manteau relèvent plutôt du cycle long.

21. Quelle description correspond au cycle long du carbone ?

Une circulation lente, principalement sous forme oxydée, entre les réservoirs océaniques, crustaux et mantelliques, avec des processus géologiques
Une circulation lente limitée aux océans, sans intervention de processus géologiques
Une circulation rapide entre les sols et les végétaux, surtout par photosynthèse et respiration
Une circulation rapide entre l’atmosphère, l’hydrosphère et la biosphère, surtout par assimilation et désassimilation

Une circulation lente, principalement sous forme oxydée, entre les réservoirs océaniques, crustaux et mantelliques, avec des processus géologiques

Explication

Le cycle long met en jeu une circulation lente, principalement sous forme oxydée, entre les océans, la croûte et le manteau, sous l’action de processus géologiques. Les échanges rapides associant l’atmosphère et la biosphère caractérisent plutôt le cycle court.

22. Parmi les réservoirs suivants, lequel présente le temps de résidence du carbone le plus long ?

Les océans, avec environ 200 millions d’années
Les océans, avec une durée pouvant atteindre 100 000 ans
Le manteau, avec environ un milliard d’années
Les carbonates de calcium, avec environ 200 millions d’années

Le manteau, avec environ un milliard d’années

Explication

Le temps de résidence dans le manteau est d’environ un milliard d’années, ce qui dépasse celui des carbonates de calcium et des océans. Les carbonates ont un temps de résidence d’environ 200 millions d’années, et non celui attribué aux océans dans le dernier choix.

23. Dans un bassin sédimentaire, quelle combinaison de conditions favorise la préservation de la matière organique ?

Une forte productivité biologique, des eaux confinées et un enfouissement rapide par des apports terrigènes
Une faible porosité des sédiments, une forte oxygénation et une longue exposition en surface
Une faible productivité biologique, des eaux bien renouvelées et un enfouissement lent des sédiments
Des eaux ouvertes, une faible accumulation de sédiments et une dégradation prolongée de la matière organique

Une forte productivité biologique, des eaux confinées et un enfouissement rapide par des apports terrigènes

Explication

Une forte productivité, le confinement des eaux et un enfouissement rapide peuvent favoriser la préservation de la matière organique sédimentaire. Des eaux bien renouvelées et un enfouissement lent ne constituent pas la combinaison favorable décrite.

24. Que caractérise la profondeur de compensation des carbonates (CCD) dans l’océan ?

La profondeur au-delà de laquelle le carbonate de calcium peut se dissoudre et où la sédimentation carbonatée disparaît généralement.
La profondeur où les tests carbonatés se transforment en silice et où la sédimentation siliceuse disparaît généralement.
La profondeur à laquelle les carbonates commencent à précipiter et où leur sédimentation devient généralement dominante.
La profondeur à laquelle les courants océaniques cessent de transporter les carbonates et où leur dépôt devient généralement uniforme.

La profondeur au-delà de laquelle le carbonate de calcium peut se dissoudre et où la sédimentation carbonatée disparaît généralement.

Explication

La CCD correspond à la profondeur sous laquelle le carbonate de calcium est thermodynamiquement susceptible de se dissoudre, et la sédimentation carbonatée y disparaît généralement. La précipitation des carbonates relève d’un processus différent et ne définit pas cette profondeur.

25. Un échantillon de sédiment prélevé vers 3 500 m contient des tests d’aragonite et de calcite. Quelle interprétation de leur conservation est cohérente avec leurs profondeurs de dissolution approximatives ?

Les deux types de tests sont en deçà de leur profondeur de dissolution, car les deux minéraux se dissolvent vers 4 000 m.
Les tests d’aragonite sont au-delà de leur profondeur de dissolution, tandis que les tests de calcite sont encore en deçà.
Les deux types de tests sont au-delà de leur profondeur de dissolution, car les deux minéraux se dissolvent vers 3 000 m.
Les tests de calcite sont au-delà de leur profondeur de dissolution, tandis que les tests d’aragonite sont encore en deçà.

Les tests d’aragonite sont au-delà de leur profondeur de dissolution, tandis que les tests de calcite sont encore en deçà.

Explication

L’aragonite se dissout vers 3 000 m et la calcite vers 4 000 m : à 3 500 m, cette profondeur est dépassée pour l’aragonite, mais pas pour la calcite. L’interprétation inverse confond les profondeurs approximatives de dissolution des deux minéraux.

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En biogéosciences, qu’est-ce qu’une molécule organique ?

Une molécule carbonée présente sur Terre majoritairement grâce à l’activité métabolique des êtres vivants.

Où trouve-t-on notamment le carbone réduit ?

Dans la biomasse actuelle et fossile.

Quelles formes contiennent notamment le carbone oxydé ?

Le CO, le CO₂ et les carbonates.

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