Matière organique dissoute
Définition
La matière organique dissoute est la forme la plus abondante de la matière organique dans les systèmes aquatiques. Elle représente la fraction qui traverse un filtre dont la porosité est définie opérationnellement. La porosité du filtre typique est de 0,45 μm. En pratique, cette porosité tend à varier entre 0,1 et 1,2 μm. Initialement de la matière particulaire, la matière est dissoute par l'action de la boucle microbienne.
La boucle microbienne de la formation de la matière organique dissoute :
La matière organique dissoute se forme essentiellement grâce à la boucle microbienne.
Explications
En termes généraux, la matière organique est un mélange complexe de molécules d'origines diverses telles que les hydrates de carbone, les protéines, les lipides et les substances humiques présentes dans les eaux naturelles.
Cette matière organique est composée principalement de carbone et peut donc être mesurée en tant que carbone organique. Puisque la plus grande partie de ce carbone organique se trouve dans la fraction dissoute, il est généralement décrit comme du carbone organique dissous (COD).
Pour l'eau de mer, voir la composition de l'eau de mer.
Matière dissoute vs. matière particulaire
Traditionnellement, la matière organique est divisée en fractions particulaires et dissoutes en fonction du diamètre des particules. La définition de ces termes est opérationnelle et est apparue au milieu du 20ème siècle avec l'apparition de filtres ayant une taille de pores comprise entre 0,45 et 1,0 μm, le premier devenant la base opérationnelle de cette définition classique.
En d'autres termes, la classification entre particules et dissous dépend de la méthode de filtration et de la porosité de la membrane filtrante.
Historiquement, la fraction traversant un filtre de taille de pores de 0,45 μm est classée comme dissoute, alors que ce qui est retenu dans le filtre correspond à la fraction particulaire. En résumé, en termes numériques, la fraction dissoute comprend tout le matériau dont la taille est inférieure à 0,45 μm. D'autres tailles de pores peuvent être utilisées dans la définition dans différentes branches de la science.
Par exemple, la définition pratique du terme "dissous" généralement utilisé en océanographie est simplement "toutes les substances qui traversent un filtre GF/F (porosité de 0,7 μm)".
Parce que c'est un mélange extrêmement complexe, seulement 10 à 30 % des composés dans la fraction dissoute de la matière organique peuvent être caractérisés. Cependant, il est connu que la matière organique dissoute présente dans l'eau de mer se compose principalement de quelques bactéries de petite taille et de macro / micromolécules, telles que des glucides et des lipides se dégradant rapidement.
Les particules organiques comprennent les organismes vivants, les organismes morts (débris) et les agrégats macroscopiques.
Lorsque les problèmes analytiques ont été surmontés en améliorant les techniques utilisées pour déterminer le carbone organique dissous, plusieurs études ont montré que leur concentration dans l'océan est significativement plus élevée que celle du carbone organique particulaire. On estime que le carbone organique particulaire ne représente que 1 à 10 % du carbone organique total présent dans l'océan.
Pour cette raison, le processus de filtration des eaux océaniques loin de la côte n'est souvent pas effectué parce que le carbone organique particulaire est une fraction si petite que des efforts supplémentaires pour traiter l'échantillon peuvent même causer des problèmes analytiques (p. contamination de l'échantillon).
Fractions de matière organique dissoute
Bien que la définition habituelle soit très utile, il est important de garder à l'esprit que la matière organique dissoute n'indique pas exactement ce qui se trouve réellement dans la phase dissoute de la matière organique dans les systèmes aquatiques naturels.
La fraction traversant le filtre comprend, avec le matériau réellement dissous, les composants colloïdaux. Ceux-ci sont si petits (taille entre 1 nm et 1 μm) qui ne sont pas retenus par les filtres habituellement utilisés pour collecter la matière organique particulaire. De cette façon, les colloïdes sont inclus dans la matière organique dissoute.
Cette distinction entre les fractions de matière organique dissoute était possible par des procédés d'ultrafiltration et de filtration sur gel, qui séparaient les matériaux dans la gamme de 1 nm (c'est-à-dire 0,001 µm) et retenaient des bactéries, des virus et même des macromolécules.
On estime que 50 % de la matière organique dissoute est présente dans l'océan sous forme de colloïdes de haut poids moléculaire (4 000–100 000 Da) dont la composition est similaire à celle du phytoplancton, suggérant que c'est la source la plus probable de particules colloïdales et que la contribution des terres est insignifiante.
Sources de matière organique dissoute pour l'océan
Une grande partie des composés organiques présents dans l'océan provient de la production primaire dans la zone euphotique. En d'autres termes, le phytoplancton est la principale source de matière organique pour l'eau de mer. La photosynthèse produit environ 2.1016 g.C/an.
Cette matière organique produite dans le système océanique lui-même est classée comme autochtone et représente 95 % de la matière organique de l'ensemble de l'océan. Les autres sources de matière organique pour l'océan comprennent les apports terrestres par les rivières (estuaires et deltas), les dépôts atmosphériques, la mort/excrétion des organismes marins et la remise en suspension des sédiments.
La matière organique provenant de sources externes qui a été introduite dans le système océanique par transport physique est dite allochtone.
Distribution de la matière organique dissoute dans l'océan
En termes généraux, la distribution verticale du carbone organique dissous (parmi les matières dissoutes) dans les océans peut être décrite dans deux perspectives principales.
La première perspective concerne les niveaux de carbone organique dissous et particulaire dans l'océan de surface. La concentration de ces fractions est beaucoup plus élevée dans cette couche par rapport à l'océan profond, ce qui est étroitement lié à la production primaire dans la zone euphotique. Puisque la production primaire intervient principalement dans la zone euphotique (surface de l'océan), la quantité de carbone organique libérée dans la colonne d'eau est également plus grande. On estime que la concentration de carbone organique dissous dans l'océan profond est environ la moitié de celle qui se trouve à la surface de l'océan.
La concentration de carbone organique dissous varie dans les 300 premiers mètres de la colonne d'eau, mais dans l'océan profond, elle est pratiquement invariable et nettement plus petite. En d'autres termes, la concentration de carbone organique dissous dans la colonne d'eau diminue avec l'augmentation de la profondeur. Ceci suggère que le carbone organique dissous apporté par la production primaire dans l'océan de surface est consommé par la respiration microbienne. Seul le composant réfractaire résistant à la dégradation microbienne est exporté en eaux profondes.
La deuxième perspective concerne la distribution horizontale du carbone organique dissous dans l'océan global qui est étroitement liée au transport d'Eckman et à la circulation thermohaline.
Dans l'Atlantique Nord, les masses d'eau de surface enrichies en carbone organique dissous coulent et commencent le transport horizontal de matériaux dans l'océan profond. Un tel transport continue vers l'Atlantique Sud, l'Océan Indien et l'Océan Pacifique, se terminant dans le Pacifique Nord.
Comme les échelles de temps de ce transport de masses d'eau sont de l'ordre du millénaire, le carbone organique réfractaire dissous se dégrade lentement et atteint un minimum dans le Pacifique Nord, où les eaux profondes refluent à la surface.
Ainsi, les concentrations de carbone organique dissous dans le fond des océans Atlantique et Indien sont plus élevées que dans le Pacifique. C'est parce que les plans d'eau profonds du Pacifique sont plus anciens.
Réactivité de la matière organique dissoute
La matière organique dissoute est constituée de fractions présentant une réactivité chimique très différente. Selon leur réactivité, ces fractions peuvent être divisées en labiles, semi-labiles et réfractaires. La structure des molécules qui composent les fractions semi-labiles et réfractaires de la matière organique dissoute est assez complexe et a fait l'objet de plusieurs études depuis les années 1990.
La matière organique dissoute labile comprend des molécules biochimiques hautement réactives qui sont produites et consommées principalement par des organismes marins à la surface de l'océan. Cette fraction peut représenter 30 % de la production primaire locale et comprend des protéines, des glucides et des lipides qui se dégradent facilement. Sa vitesse de cycle est très rapide (des minutes aux heures).
La matière organique dissoute semi-labile est raisonnablement réactive dans la colonne d'eau sous la surface. Son temps de réactivité est de l'ordre de plusieurs mois à plusieurs années. Ce temps de réactivité est plus long que celui du carbone organique dissous labile et plus court que celui du carbone organique dissous réfractaire.
Par conséquent, cette fraction est connue comme semi-labile. En supposant que la concentration du carbone organique dissous réfractaire en eau profonde soit uniformément répartie dans toute la colonne d'eau, sa fraction semi-labile est représentée par l'excès de carbone organique dissous dans la surface. Le carbone organique dissous semi-labile est une partie quantitativement plus petite (moins de 10 %) du stock de carbone à travers l'océan, mais il est important pour le flux de carbone.
La matière organique dissoute inerte ou réfractaire est constituée de composés structurellement complexes et assez résistants à la dégradation, tels que la lignine, le pollen et les acides humiques. Cette fraction est répartie uniformément le long de la colonne d'eau et représente environ 70 % de la matière organique totale dans l'océan profond. Son âge estimé par la méthode de datation au carbone 14 est de l'ordre de centaines à des milliers d'années.
Ainsi, la matière organique réfractaire dissoute résiste à plusieurs cycles de mélange océanique complet (estimé à 1 500 ans) avant d'être incorporée dans le sédiment.
Les fractions de masse moléculaire élevée et faible de la matière organique ont des réactivités chimiques et biologiques très différentes dans l'environnement, étant directement associées aux fractions labiles et réfractaires, respectivement. La fraction de masse moléculaire élevée est plus abondante à la surface de l'océan que dans les eaux profondes.
Environ 75 à 80 % de la matière organique dissoute dans l'océan profond est de faible masse moléculaire. Ceci suggère que la fraction de masse moléculaire élevée est plus réactive, alors que la fraction de faible poids moléculaire est moins réactive et caractérise la forme principale de la matière organique dissoute réfractaire dans l'océan.
Synonymes, antonymes
3 synonymes (sens proche) de "matière organique dissoute" :
1 antonyme (sens contraire) :
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