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Le CO2 contenu dans les carbonates



  1. #1
    Josquin

    Le CO2 contenu dans les carbonates


    ------

    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 Vocéans = 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 CO32-) ca n'aurait rien changé : les HCO3- ou les CO32- 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 mcalcaire = 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 mcalcaire correspond à une quantité de matière ncalcaire = 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 nnH3O+=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+] = nH3O+/Vocéan = 1, et pHocéan = -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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  3. #2
    Tawahi-Kiwi
    Modérateur

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    Citation Envoyé par Josquin Voir le message
    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
    If you open your mind too much, your brain will fall out (T.Minchin)

  4. #3
    felicha

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    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"

  5. #4
    Josquin

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    Citation Envoyé par felicha Voir le message
    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.

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    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 !

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    invité576543
    Invité

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    Citation Envoyé par Josquin Voir le message
    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 nnH3O+=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+] = nH3O+/Vocéan = 1, et pHocéan = -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,
    Dernière modification par invité576543 ; 06/04/2009 à 17h28.

  8. #6
    invité576543
    Invité

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    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,

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  10. #7
    Josquin

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    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 !!
    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    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.

  11. #8
    invité576543
    Invité

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    Citation Envoyé par Josquin Voir le message
    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,

  12. #9
    Josquin

    Re : Le CO2 contenu dans les carbonates

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    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.

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