CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

Différentes formes chimiques

Contrairement aux autres éléments, le phosphore n'a pas de composants gazeux dans les conditions naturelles. Il est surtout présent à l'état d'oxydation + 5, qui est celui de l'ion phosphate (PO₄^3–). Celui-ci est très mobile, parce qu'il s'absorbe facilement sur les particules. Toutes les formes de phosphore, particulaires ou dissoutes, sont dérivées de cet ion qui est susceptible de former des chaînes ou des composés cycliques (les polyphosphates).

Le minéral le plus abondant est l'apatite, qui constitue environ 95 p. 100 de tout le phosphore de la croûte terrestre. Elle a pour formule générale Ca₁₀(PO₄)₆X₂, où X peut être F (fluorapatite), OH (hydroxyapatite) ou Cl (chlorapatite). L'apatite est aussi produite dans les dents ou les os des êtres vivants. Après leur mort, les parties apatitiques s'accumulent dans les sédiments et les sols. Leur concentration a conduit à des dépôts économiquement exploitables (phosphorites). Ceux-ci représentent 95 p. 100 des réserves. Des phosphates peuvent également se former par accumulation des fientes d'oiseaux ou de chauves-souris, transformées par diagenèse.

Beaucoup de composés organiques nécessitent du phosphore, en particulier les acides nucléiques (ADN et ARN). Les phosphates jouent également un rôle majeur dans le contrôle de l'énergie chimique à l'intérieur des cellules, essentiellement par l'hydrolyse de la molécule d'ATP. Ils sont également indispensables à la formation des phospholipides, constituants des membranes cellulaires et de l'apatite des os.

Les réactions dans les écosystèmes continentaux

Le phosphore disponible pour les êtres vivants est entièrement contenu dans la couche superficielle de la lithosphère et provient de l'érosion des roches continentales. Il est transporté sous forme particulaire ou dissoute par les rivières jusqu'à l'océan, mais, durant ce trajet, la fraction dissoute peut interagir avec les systèmes biologiques ou minéraux. Les lacs constituent un important réservoir de phosphore continental, qui permet le développement des algues en été. Celles-ci tombent en profondeur avec les particules et le phosphore n'est pas renouvelé en raison de la stratification estivale. Les floraisons épuisent donc les eaux superficielles jusqu'à l'hiver suivant.

Le phosphore est introduit dans les écosystèmes par les eaux souterraines ou de ruissellement et est absorbé par les végétaux qui l'incorporent dans diverses substances organiques. Celles-ci sont restituées au sol avec les cadavres et les déchets produits par les êtres vivants. Ces matières mortes sont attaquées par les micro-organismes et transformées en phosphate assimilable par les plantes supérieures.

Les réactions dans les écosystèmes océaniques

Le phosphore qui est transporté dans l'océan sous forme particulaire sédimente rapidement et est incorporé au sédiment marin. La portion qui entre à l'état dissous passe très vite dans le cycle biologique, si bien que les teneurs des eaux superficielles sont très faibles : le phosphore est en général un élément limitant pour la production primaire et le phytoplancton en est très avide. Les eaux profondes contiennent de un à trois micromoles de phosphore par litre, parce qu'elles reçoivent la pluie de matières organiques particulaires (pelotes fécales) tombant depuis les eaux superficielles et oxydées par les bactéries. Les eaux du Pacifique sont enrichies en éléments nutritifs par rapport à celles de l'Atlantique, parce que les eaux superficielles plongent uniquement dans l'Atlantique. Les eaux arrivant dans l'océan Pacifique après[...]