Les interactions entre la géosphère et la biosphère

L’altération des roches dans la zone critique est influencée par des processus physiques, chimiques et biologiques. Dans ce chapitre, nous expliquons, équations à la clé, comment les microorganismes et les biofilms jouent un rôle fondamental en catalysant la dissolution des minéraux, influençant ainsi le cycle des éléments chimiques et la fertilité des sols.

La biominéralisation désigne la formation de minéraux par les êtres vivants, un processus clé des interactions géosphère/biosphère. Catalysée par de nombreux organismes, elle conduit à la formation de roches et influence les cycles géochimiques. Ce chapitre explore les mécanismes biologiques, la diversité des organismes impliqués et des biominéraux formés, ainsi que leur impact sur l’environnement et l’évolution terrestre au cours des temps géologiques.

Les microbialites sont des structures sédimentaires formées par biominéralisation, résultant de l’activité de communautés microbiennes benthiques et de cyanobactéries. La lithification de tapis microbiens entraîne la précipitation de minéraux, un processus influencé par la biogénicité et les interactions microbiennes. Les microbialites, principalement carbonatées mais parfois siliceuses, phosphatées ou sulfatées, se développent dans des environnements variés et tolèrent de larges fluctuations de conditions. Leur étude révèle des traces anciennes de vie sur Terre et conserve des informations sur la diagenèse des sédiments, les crises biologiques et des événements majeurs, comme le grand événement d’oxygénation il y a 2,4 milliards d’années.

Ce chapitre détaille comment étudier la diversité phylogénétique et fonctionnelle des microorganismes par des approches moléculaires, notamment les approches de métagénomiques. Ceci est illustré à travers l’analyse de la complexité des communautés microbiennes associées aux microbialites, en mettant en avant leur rôle dans la précipitation des carbonates. Ce chapitre évoque également comment il est possible de reconstruire l’histoire évolutive de traits métaboliques anciens.

L’oxygène, huitième élément du tableau périodique, est le troisième plus abondant dans l’univers. Son évolution géochimique a profondément marqué la Terre, passant d’un environnement anoxique à une atmosphère riche en O2, transformant les cycles biologiques et géologiques. Ce changement, crucial pour la vie, reste un sujet central d’étude pour comprendre l’histoire et le fonctionnement de notre planète.

Ce chapitre dissèque les cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote, des éléments clés pour le vivant et la géosphère. Le cycle du carbone, par exemple, est fondamental pour la régulation climatique. Pour cela, les isotopes stables fournissent des archives précieuses, révélant des épisodes d'oxygénation et différentes étapes de l'évolution de la vie sur Terre.

Ce chapitre explore différentes approches de modélisation numérique des interactions entre biosphère et géosphère. Il les illustre par l’étude de la perturbation anthropique, la colonisation des continents par les plantes et les extinctions de masse. Il souligne l’importance d'intégrer à la fois la biomasse et la biodiversité dans les modèles afin de comprendre les rétroactions et les mécanismes régulateurs du système Terre.

Ce chapitre retrace les fluctuations de la biodiversité au cours des temps géologiques. Il présente les méthodologies modernes couplés à des bases de données paléontologiques permettant l’évaluation de la biodiversité et des biais d'enregistrement fossile. Il aborde enfin l'impact des facteurs astronomiques et géologiques sur l'évolution biologique et les extinctions de masse, concluant sur l'importance de préserver la biodiversité pour maintenir l'équilibre fragile de la planète.