Le CO2 contenu dans les carbonates

[Josquin]

Bonsoir, je me pose une question depuis assez longtemps, et je ne trouve pas la réponse. Il s'agit de l'ensemble du carbone contenu dans les carbonates. Il provient vraisemblablement de CO₂ qui a précipité avec du Ca²⁺. Jusque là tout va bien, sauf quand on fait le petit calcul bête suivant :

On suppose qu'initialement, tout le CO₂ nécessaire est dans l'étmosphère, dans le manteau, l'océan, ca n'a pas d'importance, et pareil pour le Ca²⁺.

Calculons le volume des océans : hauteur h = 4 000 m, surface S = 0,7*4*pi*r² = 3,6.10¹⁴m² (70% de la surface totale de la terre), donc un volume V_océans = h*S = 1,4.10¹⁸m³, soit 1,4.10²¹L

Maintenant, on sait que la réaction de précipitation du carbonate de calcium, à partir de CO₂, c'est à dire ce dont on dispose, est la suivante :

Ca²⁺ + 3 H₂O + CO₂ = CaCO₃ + 2H₃O⁺

Pas de secret, on acidifie l'eau en déplaçant l'équilibre vers la droite. Si on avait écrit la forme classique (avec des HCO₃^- ou des CO₃^2-) ca n'aurait rien changé : les HCO₃^- ou les CO₃^2- viennent de toute facon des équilibres acido-basiques du CO₂ dans l'eau, donc leur formation aboutirait aussi à l'acidification de l'eau, et le bilan serait le même.

Maintenant, on va essayer de voir quelle quantité de H₃O⁺ s'est libéré dans l'eau de mer lors des dépots de calcaire actuellement présents dans les sédiments. Des estimations donnent m_calcaire = 7.10¹⁹kg de carbonates dans le monde. On retrouve au moins l'ordre de grandeur en supposant les continents recouverts d'une centaine de mètres de calcaire en moyenne. La masse molaire du calcaire est de 1.10^-1kg.mol^-1, donc la masse m_calcaire correspond à une quantité de matière n_calcaire = 7.10²⁰mol. Si on reprend notre équilibre chimique, on voit que pour former une mole de CaCO₃, il nous faut former aussi 2 moles de H₃O⁺. Donc pour nos 7.10²⁰mol de carbonates, on a libéré nécessairement nn_H3O⁺=1,4.10²¹mol de H₃O⁺ dans l'océan.

Calculons donc l'acidité théorique de l'océan, s'il ne s'est rien passé d'autre : [H₃O⁺] = n_H3O⁺/V_océan = 1, et pH_océan = -log([H₃O⁺]) = 0, ce qui est absolument aberrant !

Donc il s'est passé quelque chose de plus, tout n'est pas si simple, mais avouez que c'est troublant ! Comment de tels dépôts de carbonates ont-ils pu se former alors que le pH actuel de l'océan est voisin de 8,1 ? On sont passé les H⁺ ? avec quoi ont-ils réagi ?

Voilà, c'est peut-être tout con, mais ca ne me paraît pas évident... merci de m'avoir lu jusque là ! (de toute facon, les messages courts, je sais pas faire)

Josquin
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[Tawahi-Kiwi]

On sont passé les H⁺ ? avec quoi ont-ils réagi ?

Salut,

Sans m'y connaitre specialement en oceanographie et geologie marine, tu oublies une chose, c'est que les oceans ne sont pas un systeme ferme. Il repose sur une croute oceanique et une pile de sediments qui sont tout prets a reagir. L'ouralitisation des pyroxenes; l'hydratation de la croute oceanique; l'alteration chimique des feldspaths, puis des micas formes et de la smectite....au final on aboutit a des composes de genre illites : (K,H₃O⁺)(Al,Mg,Fe)₂(Si,Al)₄O₁₀(OH)₂(H₂O).

A cela il faut ajouter l'hydrothermalisme, le recyclage oceanique (la masse des oceans est au plus equivalente a la masse d'eau dans le manteau et a ete entierement recyclee plusieurs fois), le volcanisme etc etc. Des specialistes du systeme ocean-croute oceanique pourrait surement t'en dire beaucoup plus mais a mon avis, la solution est clairement dans ces interactions.

T-K

[invite85b45ef5]

l'atmosphère d'origine, avant que les végétaux n'inventent la photosynthèse , contenait une plus forte proportion de CO2 et celui-ci a été par la suite absorbé par la végétation , il a ensuite, été transformé en cellulose et par la suite en charbon. En échange, les végétaux ont progressivement remplacé l'
e CO2 atmosphérique comme celui qui était dissout dans les océans, par de l'oxygène. selon la réaction bilan de la photosynthèse:
CO2 +H2O => CH2O + 02

les gisements de charbon expliquent cette période de la vie de notre planète.

Les océans de l'époque étaient donc saturés en CO2 et de ce fait, les éléments alcalino-terreux Ca, Mg, ... se trouvaient à l'état de sel acides que l'on a longtemps appelé des bi-carbonates:
Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2;

lorsque les premières algues, grâce à la photosynthèse ont commencé à se nourrir de CO2, elles ont progressivement fait diminuer la quantité de CO2 dissout, les éléments alcalino terreux ont précipité à l'état de carbonates insolubles engendrant les strates calcaires et dolomitiques. Qu'il s'agisse du Jura, des Dolomites, de la chaîne pyrénéenne du Plantaurel et de bien d'autres gisements de calcaires, de marbres et de craies.
Ca(HCO3)2 => H2O + CaCO3 + CO2 fixé par les végétaux et progressivement transformé en Houille, lignite et autres "carburants fossiles"

[Josquin]

l'atmosphère d'origine, avant que les végétaux n'inventent la photosynthèse , contenait une plus forte proportion de CO2 et celui-ci a été par la suite absorbé par la végétation , il a ensuite, été transformé en cellulose et par la suite en charbon. En échange, les végétaux ont progressivement remplacé l'
e CO2 atmosphérique comme celui qui était dissout dans les océans, par de l'oxygène. selon la réaction bilan de la photosynthèse:
CO2 +H2O => CH2O + 02

les gisements de charbon expliquent cette période de la vie de notre planète.

Les océans de l'époque étaient donc saturés en CO2 et de ce fait, les éléments alcalino-terreux Ca, Mg, ... se trouvaient à l'état de sel acides que l'on a longtemps appelé des bi-carbonates:
Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2;

lorsque les premières algues, grâce à la photosynthèse ont commencé à se nourrir de CO2, elles ont progressivement fait diminuer la quantité de CO2 dissout, les éléments alcalino terreux ont précipité à l'état de carbonates insolubles engendrant les strates calcaires et dolomitiques. Qu'il s'agisse du Jura, des Dolomites, de la chaîne pyrénéenne du Plantaurel et de bien d'autres gisements de calcaires, de marbres et de craies.
Ca(HCO3)2 => H2O + CaCO3 + CO2 fixé par les végétaux et progressivement transformé en Houille, lignite et autres "carburants fossiles"

Merci pour ta réponse. Il faut, je pense, faire attention à ne pas mélanger les précipitation chimiques pures et biochimiques des carbonates. Dans le cas du jurassique, le taux de CO₂ était très proche de sa valeur actuelle, il me semble, et les précipitations observées n'ont pas de rapport direct avec la photosynthèse.
Et ca ne résout pas le problème du relargage acide dans l'océan.

Salut,

Sans m'y connaitre specialement en oceanographie et geologie marine, tu oublies une chose, c'est que les oceans ne sont pas un systeme ferme. Il repose sur une croute oceanique et une pile de sediments qui sont tout prets a reagir. L'ouralitisation des pyroxenes; l'hydratation de la croute oceanique; l'alteration chimique des feldspaths, puis des micas formes et de la smectite....au final on aboutit a des composes de genre illites : (K,H₃O⁺)(Al,Mg,Fe)₂(Si,Al)₄O₁₀(OH)₂(H₂O).

A cela il faut ajouter l'hydrothermalisme, le recyclage oceanique (la masse des oceans est au plus equivalente a la masse d'eau dans le manteau et a ete entierement recyclee plusieurs fois), le volcanisme etc etc. Des specialistes du systeme ocean-croute oceanique pourrait surement t'en dire beaucoup plus mais a mon avis, la solution est clairement dans ces interactions.

T-K

L'idée de l'altération me satisfait bien. c'est vrai qu'on imagine très bien que les H⁺ vont se jeter sur tout ce qu'ils trouvent, à commencer par les feldspaths, pyroxènes et olivines de la lithosphère océanique. Finalement, dans la mesure où l'altération est 'alcalinisante', et la précipitation de carbonates 'acidifiante', on peut peut-être pousser un peu et imaginer que les deux phénomènes peuvent être corrélés à l'échelle globale. j'aime bien cette idée !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invité576543]

Ca²⁺ + 3 H₂O + CO₂ = CaCO₃ + 2H₃O⁺

Ce n'est pas équilibré en charge. Il y a nécessairement des ions négatifs à rajouter. Lesquels? Cela dépend d'où viennent les Ca++ à l'origine, non?

Donc pour nos 7.10²⁰mol de carbonates, on a libéré nécessairement nn_H3O⁺=1,4.10²¹mol de H₃O⁺ dans l'océan.

Au lieu de voir cela en H3O+, on peut comprendre ce calcul comme le nombre de charges + nécessaires pour équilibrer les charges - oubliées.

[H₃O⁺] = n_H3O⁺/V_océan = 1, et pH_océan = -log([H₃O⁺]) = 0, ce qui est absolument aberrant !

Une fois traduit, cela veut dire qu'il faut 1 mole de charges + par litre.

Or les Na+ donnent le bon ordre de grandeur : 30 g de sel par litre, cela fait à peu près 1/2 mole de Na+ par litre.

Proposition : équilibrer l'équation pour faire apparaître ce qu'il se passe par un remplacement des Ca++ par des Na+ plutôt que par des H3O+.

Cordialement,

[invité576543]

Autre idée spéculative,

CO2 + CaSiO3 --> CaCO3 + SiO2

avec plein d'intermédiaires... Comme c'est équilibré en charges, aucune raison que cela augmente l'acidité.

Cordialement,

[Josquin]

Ce n'est pas équilibré en charge. Il y a nécessairement des ions négatifs à rajouter. Lesquels? Cela dépend d'où viennent les Ca++ à l'origine, non?



Au lieu de voir cela en H3O+, on peut comprendre ce calcul comme le nombre de charges + nécessaires pour équilibrer les charges - oubliées.



Une fois traduit, cela veut dire qu'il faut 1 mole de charges + par litre.

Or les Na+ donnent le bon ordre de grandeur : 30 g de sel par litre, cela fait à peu près 1/2 mole de Na+ par litre.

Proposition : équilibrer l'équation pour faire apparaître ce qu'il se passe par un remplacement des Ca++ par des Na+ plutôt que par des H3O+.

Cordialement,

De quoi parles-tu ?? Mon équation est parfaitement équilibrée !

Ca²⁺ + 3 H₂O + CO₂ = CaCO₃ + 2H₃O+

2 charges + d'un côté, 2 de l'autre.

Pourquoi me parles-tu de Na⁺ ?? je pars du principe que le CaCO₃ vient du CO₂ atmosphérique, et que sa formation a donc impliqué un équilibre acido-basique que j'ai détaillé, rien à voir avec le sodium !!

Autre idée spéculative,

CO2 + CaSiO3 --> CaCO3 + SiO2

avec plein d'intermédiaires... Comme c'est équilibré en charges, aucune raison que cela augmente l'acidité.

Cordialement,

C'est, présentée de façon schématique et très restrictive, la solution que proposait Tawahi-Kiwi : cette réaction est une précipitation de carbonates couplée à une altération de silicates, ici le CaSiO₃. Rien à voir avec les charges par contre, je maintiens ! De façon générale, on a plutôt des silicates moins 'purs' que la wollastonite, des feldspaths et des olivines, dont l'altération va donner des argiles. Mais dans le principe, c'est ca.

[invité576543]

De quoi parles-tu ?? Mon équation est parfaitement équilibrée !

Désolé, je me suis mal exprimé. Je voulais dire que les deux côtés ne sont pas neutres électriquement, or la solution est nécessairement neutre.

Cordialement,

[Josquin]

Désolé, je me suis mal exprimé. Je voulais dire que les deux côtés ne sont pas neutres électriquement, or la solution est nécessairement neutre.

Cordialement,

Bien entendu, mais heureusement qu'on n'est pas obligé d'écrire toutes les espèces non réactives dans un bilan, on ne s'en sortirait pas !
Je comprends par contre ta remarque sur l'origine des Ca2+, qui doit être précisée. Venant de l'altération des silicates, tout me semble rentrer dans l'ordre.