Ciclul biogeochimic al siliciului în mediile continentale de suprafață Impactul
Ciclul biogeochimic al siliciului în mediile continentale de suprafață: Impactul plantelor terestre Fabrice Fraysse Pentru a cita această versiune: Fabrice Fraysse. Ciclul biogeochimic al siliciului în mediile continentale de suprafață: Impactul plantelor terestre. Alte. Universitatea Paul Sabatier - Toulouse III, 2007. franceză. HAL Id: tel-00179740 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00179740 Depus la 16 octombrie 2007 HAL este o arhivă multidisciplinară cu acces deschis pentru depunerea și diseminarea documentelor de cercetare științifică, indiferent dacă acestea sunt publicate sau nu. Documentele pot proveni de la instituții de predare și cercetare din Franța sau din străinătate sau de la centre de cercetare publice sau private. Arhiva deschisă multidisciplinară HAL este destinată depunerii și diseminării documentelor științifice la nivel de cercetare, publicate sau nu, de la instituții de învățământ și cercetare franceze sau străine, laboratoare publice sau private.
TEZĂ Prezentată la Universitatea Paul Sabatier din Toulouse III În vederea obținerii DOCTORATULUI de la Universitatea Paul Sabatier Specialitatea: BIOGEOCHIMIE EXPERIMENTALĂ Prin FRAYSSE juriu: Jean-Marc MONTEL: Președintele juriului Philippe VAN CAPPELLEN: Reporter Yves LUCAS: Reporter Oleg POKROVSKY: Director teză Jean-Dominique MEUNIER: Director teză Jacques SCHOTT: Examinator Lucrări efectuate la Laboratorul de mecanisme și transferuri în geologie UMR 5563, CNRS-OMP-Universitatea Paul Sabatier 14, avenue Edouard Belin 31400 Toulouse.
Fiicei mele Marie, tuturor celor care îmi sunt dragi
Cuprins INTRODUCERE GENERALĂ. 1 SILICA. 4 CHAP. 1- MATERIALE ȘI METODE. 11 I. STUDIUL MATERIALELOR 12 A. Fitolitii din bambus. 12 B. Fitoliti ai altor specii de plante 17 1. Cozi de cal (Equisetum arvense). 17 2. Ace de zada (Larix gmelinii). 18 3. Frunze de ulm alb (Ulmus laevis Pall). 21 4. Ierburi (Poaceae). 22 5. Ferigi (Dicksonia squarrosa). 23 6. Extragerea fitolitilor. 23 7. Observarea cu un microscop electronic cu scanare (SEM) cuplat cu analiza elementară in situ (EDS, Spectrometry Dispersion Energy) 24 C. Așternut vegetal. 27 II. METODE IMPLEMENTATE. 29 A. Metode aplicate fitolitilor. 29 1. Suprafața specifică (SAA) 29 2. Placa atacă cu HF/HNO 3 într-o cameră curată. 29 3. Măsurători de solubilitate 30 4. Măsurători electrocinetice 32 5. Titrări de suprafață acid-bazică 35 6. Cinetică de dizolvare. 37 B. Metode aplicate pentru porturi 41 1. Degradare cu timp de ședere lung în reactoare închise „lot” 42 2. Degradare cu timp scurt de ședere în reactoare „lot” închise. 43 3. Degradarea într-un sistem deschis 44 CHAP. 2- CARACTERIZAREA FIZICO-CHIMICĂ A FITOLIȚILOR DE BAMBU (Nastus borbonicus). 45 I. INTRODUCERE ... 46
II. REZUMAT ÎN FRANCESĂ A ARTICOLULUI: "PROPRIETĂȚI DE SUPRAFEȚĂ, SOLUBILITATE ȘI CINETICA DISOLUȚIEI A FITOLITILOR DE BAMBU". 47 III. PROPRIETĂȚI DE SUPRAFEȚĂ, SOLUBILITATE ȘI CINETICĂ DE DISOLUȚIE A FITOLITILOR DE BAMBU. 48 CAP. 3- REACTIVITATEA FITOLITILOR PLANȚELOR TERESTRE ÎN SOLUȚII APOASE. 62 I. INTRODUCERE . 63 II. REZUMAT ÎN FRANCESĂ A ARTICOLULUI: „REACTIVITATEA FITOLIȚILOR DE PLANTE ÎN SOLUȚII APE”. 64 III. REACTIVITATEA FITOLITILOR DE PLANTE ÎN SOLUȚII APOASE . 65 CAP. 4- STUDIU EXPERIMENTAL AL INTERACȚIUNILOR LITERIILOR DE PLANTE TERESTRE CU SOLUȚII APOASE ... 102 I. INTRODUCERE ... 103 II. SINTEZĂ ÎN FRANȚEZĂ A ARTICOLULUI: „STUDIU EXPERIMENTAL AL DEGRADĂRII CU LITERE DE PLANTE TERESTRE CU SOLUȚII APOASE”. 104 III. STUDIU EXPERIMENTAL DE DEGRADARE A LITRELOR DE PLANTE TERESTRE CU SOLUȚII APOASE. 105 CONCLUZII GENERALE ȘI PERSPECTIVE ... 176 I. CONCLUZII GENERALE 177 II PERSPECTIVE 179 TABELUL FIGURILOR. 182 TABELUL TABELELOR. 183 BIBLIOGRAFIE GENERALĂ . 184 ANEXĂ. 191
Introducere generală INTRODUCERE GENERALĂ 1
Silice SILICA 4
Silica 1971) și ca opal de tip AG în conformitate cu morfologia lor sferolitică (Langer și Flörke, 1974, Bartoli, 1981). A fost stabilită o nomenclatură a diferitelor morfologii ale fitolitilor deoarece, fiind corpuri tridimensionale, fitolitii pot avea mai multe forme identificabile (Mulholland și Rapp, 1992). Pe următoarele microfotografii obținute cu un microscop electronic de scanare (SEM), putem vedea într-adevăr morfologiile variate ale fitolitilor studiați în timpul acestei teze: Figura 1: Equisetum arvense Figura 2: Larix gmelinii Figura 3: Nastus borbonicus Figura 4: Ulmus Laevis Pall. 7
Silica Astfel, Alexandre și colab. (1997) au reușit să demonstreze că în latosolii din Dimonika (Congo) dizolvarea fitolitilor contribuie de 3 ori mai mult decât dizolvarea mineralelor silicate non-biogene la fluxurile de silice dizolvate exportate în afara profilului meteorologic, în timp ce Meunier și colab. (1999, 2001) au găsit în andosolii din Insula Reunion acumulări de silice biogenică de 15 cm grosime formate ca urmare a incendiilor din pădurile de bambus. Aceste rezultate arată, spre deosebire de ideile general acceptate, că reciclarea siliciului din litosferă de către plante nu poate fi neglijată atunci când se stabilesc echilibrele pentru meteorizarea meteorică. Cuantificarea acestei reciclări este limitată în prezent de absența datelor fizico-chimice de bază - solubilitate, cinetică de dizolvare, proprietăți de suprafață - pe fitoliti, dar și pe gunoiul de plante, inclusiv rolul acestora în controlul ratelor și al produselor meteorologice a fost demonstrat de Lucas (2001) pentru a determina dacă siliciul eliberat în soluțiile solului în timpul degradării plantelor provine din fitoliti sau materii organice. 10
Materiale și metode CAPITOLUL 1 Materiale și metode 11
Materiale și metode I. STUDIUL MATERIALELOR A. Fitolitii din bambus Pentru a ne aminti pe scurt, fitolitii se formează prin migrație și precipitare în țesuturile aeriene ale plantelor de silice apoasă prezentă în soluțiile interstițiale ale solurilor și, în general, după degradarea plantei sunt eliberate și transferat în sol. Fitolitii studiați în prima parte a acestui studiu provin dintr-un orizont bogat în fitoliti gros de 15 centimetri, situat la nivelul feței de vest a vulcanului „Piton des Neiges” de pe insula Reunion, format la aproximativ 3.800 de ani după incendii intense în pădurile populate în principal de bambus (Meunier și colab., 1999). Acești fitoliti au fost colectați la o adâncime de 20 cm într-un orizont M de andosoli reprezentat în mare parte de resturi din frunze și tulpini de bambus (Nastus borbonicus) așa cum este descris de Meunier și colab. (1999). Situl și orizontul de eșantionare sunt prezentate în Figura 8 de mai jos, B. Fitolitii din alte specii C. Litter Figura 8. Situl de eșantionare pentru fitolitii din bambus (după Meunier și colab. 1999) 12