minéraux

Les épaisses couche de craie (carbonate de calcium) qui constituent ces falaises, soumises à l'érosion éolienne et marine, sont des roches calcaires formées par l'apparition de biominéraux. Les organismes vivant fabriquent en effet une grande variété de structure en carbonate de calcium, variété qui se reflète dans l'importante diversité des calcaires : calcaire récifal urgonien de Provence, compact et qui prend un beau poli ; craie plus friable qui a donné son nom au crétacé ; calcaire grossier lutécien dont on a bâti Paris et dans lequel on trouve des coquilles encore intactes, etc...

Auteur: Guyon Étienne

Info: Matière et matériaux. De quoi est fait le monde ?, p 42, en commentaire d'une photo des falaises d'Etretat

[ évolution ] [ biominéralisation ]

apprenti sorcier

Alors que des millions de personnes manifestent à travers le monde pour dénoncer l'inaction des gouvernements face au réchauffement climatique, des chercheurs et chercheuses en géo-ingénierie de l'université Harvard pensent tenir une solution pour endiguer le phénomène. Leur idée: charger des avions de répandre dans l'atmosphère des solutions chimiques capables de réduire la température globale, à l'image du dioxyde de soufre dont les particules réfléchissent les rayons du soleil et les renvoient vers l'espace. Après avoir travaillé sur ordinateur, par simulation, l'équipe d'Harvard pourrait être la première à tenter l'expérience en conditions réelles.

Au dioxyde de soufre, très efficace mais potentiellement néfaste pour notre santé, les scientifiques pourraient préférer le carbonate de calcium. Toujours en attente d'autorisation officielle, ils projettent de relâcher un ballon rempli de cet ingrédient –déjà présent dans nos dentifrices– dans la stratosphère pour en observer l'impact sur la température atmosphérique. D'après les scientifiques, la géo-ingénierie menée à une échelle internationale pourrait permettre de diviser par deux l'augmentation de la température mondiale. Ce qui aurait pour conséquence de réduire les inondations, les sécheresses, les ouragans, la fonte des glace ou encore la montée des eaux. Seule 0,5% de la surface du globe pourrait être exposée à une augmentation des phénomènes liés au réchauffement climatique.

Auteur: Slate.fr

Info: http://www.slate.fr/story/174759/plan-completement-fou-refroidir-planete

[ effets secondaires ] [ manipulation chimique ]

minéraux

La biominéralisation est le processus physiologique qui permet aux organismes vivants d’élaborer une structure minérale, le biominéral. Un biominéral se distingue de son équivalent purement minéral par la présence de molécules organiques qui lui confèrent des propriétés spécifiques telles qu’une meilleure résistance à la fracture. Parmi les nombreux biominéraux on peut citer quelques exemples comme les os et les dents des animaux, la coquille des mollusques mais aussi le squelette des coraux. En construisant leur squelette, les coraux édifient les récifs coralliens qui sont responsables, avec les coccolithophores et les foraminifères, de la majorité des dépôts calcaires à la surface du globe. Dans la mesure où le biominéral formé chez les coraux est du carbonate de calcium, on parle également de calcification pour décrire le processus.

Les équipes de Physiologie/Biochimie et Ecophysiologie coralliennes du Centre Scientifique de Monaco développent des recherches centrées sur la biominéralisation des coraux et ses interactions avec notre environnement. Le choix de cette thématique est justifié par le rôle majeur joué par la calcification dans le contrôle du climat et dans le modelage des paysages géologiques. La calcification est en effet, avec la respiration et la photosynthèse, l'un des mécanismes qui contrôlent la concentration en gaz carbonique (CO2), important gaz à effet de serre dans notre atmosphère. D'autre part, les squelettes des coraux constituent des enregistrements des conditions physico-chimiques (température, concentration en CO2, nutriments) qui prévalaient au moment de leur dépôt, et à ce titre on les qualifie d'archives environnementales. La lecture de ces archives par les paléoclimatologistes, au même titre que celles incluses dans les glaces polaires et dans les cernes des arbres, devrait permettre une meilleure prévision de l'évolution de notre climat. 

En plus de son intérêt dans le domaine des sciences environnementales, la biominéralisation est également un processus clé dans de nombreux autres domaines : santé humaine (processus d'ostéogenèse, chirurgie orthopédique...), chimie des matériaux (biomatériaux et nanotechnologies). Enfin certains biominéraux présentent une haute valeur économique et culturelle, comme le squelette axial du corail rouge ou les perles des huîtres.

Auteur: Internet

Info: https://www.centrescientifique.mc/fr/article/biologie-marine-fr/biomineralisation

[ spécificité ]

septénaire

Il est possible de classer ou d'ordonner scientifiquement le monde minéral en 7 étapes ou 7 parties en fonction de la structure atomique de chaque minéral. Ces étapes sont les suivantes :

1 Éléments natifs : Les éléments natifs sont des minéraux qui ne sont composés que d'un seul élément, comme l'or, l'argent, le plomb ou le cuivre.

2 Sulfures et sulfosels : Les sulfures et les sulfosels sont des minéraux qui contiennent du soufre, comme la pyrite, la galène et la sphalérite.

3 Halogénures : Les halogénures sont des minéraux qui contiennent du chlore, du brome, de l'iode ou du fluor, comme le sel gemme, l'halite et l'anhydrite.

4 Oxydes et hydroxydes : Les oxydes et les hydroxydes sont des minéraux qui contiennent de l'oxygène, comme la magnétite, la limonite et l'alun.

5 Carbonates : Les carbonates sont des minéraux qui contiennent du carbone et de l'oxygène, comme le calcaire, la dolomite et l'aragonite.

6 Sulfates : Les sulfates sont des minéraux qui contiennent du soufre et de l'oxygène, comme l'anhydrite, la gypse et la barytine.

7 Phosphates : Les phosphates sont des minéraux qui contiennent du phosphore et de l'oxygène, comme l'apatite, la monazite et la scheelite.

Cette classification est basée sur la structure atomique des minéraux, qui est déterminée par le type d'atomes qu'ils contiennent et par la façon dont ces atomes sont liés les uns aux autres. Par exemple, les éléments natifs sont composés d'atomes d'un seul élément, tandis que les sulfures et les sulfosels sont composés d'atomes de soufre liés à d'autres atomes, comme le fer, le plomb ou le cuivre. On va du simple au complexe dans la classification des minéraux en 7 étapes. Les minéraux de la première classe, les éléments natifs, sont les plus simples. Ils ne sont composés que d'atomes d'un seul élément. Les minéraux des classes suivantes sont de plus en plus complexes. Ils sont composés d'atomes de plus en plus nombreux et de plus en plus complexes.

Cette classification est importante car elle permet de comprendre les propriétés physiques et chimiques des minéraux. Par exemple, les éléments natifs sont généralement très ductiles et malléables, tandis que les sulfures et les sulfosels sont généralement très durs et résistants.

Auteur: Internet

Info: Selon google bard, 15 juillet 2023

[ machine-homme ]

matière

Une bactérie qui fabrique des minéraux dans ses cellules
Une nouvelle espèce de bactérie photosynthétique vient d'être mise en évidence: elle est capable de contrôler la formation de minéraux (carbonates de calcium, magnésium, baryum, strontium), à l'intérieur même de son organisme. Publiée dans Science le 27 avril 2012, une étude qui révèle l'existence de ce nouveau type de biominéralisation dont le mécanisme est encore inconnu. Cette découverte a d'importantes implications pour l'interprétation du registre fossile ancien.
Les cyanobactéries focalisent depuis longtemps l'attention des scientifiques. Capables de photosynthèse, ces micro-organismes ont joué un rôle majeur dans l'histoire de la Terre, conduisant notamment à l'oxygénation de l'atmosphère. Certaines cyanobactéries sont capables de former des carbonates de calcium à l'extérieur de leur cellule, notamment celles associées aux stromatolites, des roches carbonées qui datent d'environ 3,5 milliards d'années et comptent parmi les plus anciennes traces de vie sur Terre. Des cyanobactéries fossiles pourraient donc se retrouver au sein de ce type de formation. Pourtant, les premières cyanobactéries fossiles datent seulement de 700 millions d'années bien après le début de l'oxygénation de la Terre qui remonterait à 2,3 milliards d'années. Pourquoi un tel laps de temps ?
Une équipe française vient peut-être d'apporter une réponse. Dans des stromatolites recueillis dans un lac de cratère mexicain et cultivés au laboratoire, les scientifiques ont mis en évidence une nouvelle espèce de cyanobactérie, Candidatus Gloeomargarita lithophora. Ce micro-organisme est issu d'une lignée qui a divergé précocement chez les cyanobactéries. Sa principale caractéristique: grâce à un mécanisme de biominéralisation encore inconnu, cette cyanobactérie fabrique des nanoparticules de carbonate de calcium intracellulaires, d'environ 270 nanomètres. Si l'on connaissait l'existence de cyanobactéries capables de former du carbonate de calcium extracellulaire au sein des stromatolites, c'est la première fois que l'on révèle une formation à l'intérieur de la cellule. Autre particularité de cette nouvelle espèce: elle accumule le strontium et le baryum pour l'incorporer aux carbonates.
Cette découverte a d'importantes implications pour l'interprétation du registre fossile ancien. En effet, si les cyanobactéries associées aux stromatolites formaient des carbonates à l'intérieur de leurs cellules et non pas à l'extérieur, elles n'auraient pas été préservées dans le registre fossile et pourraient expliquer le laps de temps entre leur apparition (il y a au moins 2,3 milliards d'années) et les plus vieux fossiles retrouvés (il y a 700 millions d'années). Reste désormais à découvrir pourquoi et comment cette cyanobactérie fabrique ce carbonate de calcium.

Auteur: Internet

Info: 21 avril 2012, An Early-Branching Microbialite Cyanobacterium Forms Intracellular Carbonates, E. Couradeau, K. Benzerara, E. Gérard, D. Moreira, S.Bernard, G. E. Brown Jr.

[ historique ] [ biologie ]

animal-minéral

Des progrès dans la compréhension de la biominéralisation par une nouvelle microscopie X

Chez les organismes vivants, les processus de biominéralisation régulent la croissance des tissus minéralisés, tels que les dents, les os, les coquilles… Ces procédés restent fascinants à étudier pour une meilleure compréhension du monde naturel qui nous entoure et de sa diversité, d'autant plus que ces recherches peuvent contribuer à l'élaboration de procédés biomimétiques pour la réalisation de nouveaux matériaux.

Une équipe interdisciplinaire française, à laquelle participe l'équipe du LIONS de l'UMR NIMBE, s'est intéressée à la bio-formation du carbonate de calcium, dont la structure complexe est encore largement incomprise. La texture complexe de matériaux naturels, observés auprès du synchrotron de l'ESRF par une méthode originale de diffraction de rayons X développée par l'Institut Frenel, est décrite et les résultats publiés dans la revue "Nature Materials". Un point de départ pour comprendre l'élaboration de ce composé, et définir les conditions physiques, chimiques et biologiques nécessaires pour produire de façon synthétique ce type de biominéraux.

La compréhension en sciences des matériaux, paléoclimatologie et sciences de l’environnement des phénomènes de biominéralisation ouvrent des perspectives fascinantes et attirent nombre de chercheurs. Le carbonate de calcium en est une bonne illustration : les théories issues de la cristallisation classique ne peuvent expliquer la formation des structures biominérales calcaires extrêmement complexes, telles que celles observées chez l’oursin ou l’huître perlière par exemple. La formation de ce constituant majeur de la croute terrestre reste ainsi encore largement incomprise.

L’étude, menée par une équipe interdisciplinaire française et publiée dans la revue Nature Materials, exploite une nouvelle microscopie en rayons X permettant de révéler les spécificités structurales du biominéral. Elle conduit à l’identification de modèles probables de biominéralisation.

L’approche développée par cette équipe est motivée par une contradiction apparente : tandis que les espèces vivantes capables de cristalliser le carbonate de calcium produisent une remarquable diversité architecturale aux échelles macro et micrométriques, à l’échelle sub-micrométrique, la structure biominérale se caractérise au contraire, par l'observation constante d'une même structure granulaire et cristalline. Par conséquent, une description des caractéristiques cristallines à cette échelle "mésométrique", c'est-à-dire, à l’échelle de quelques granules (50-500 nm), est une clé pour construire des scénarios réalistes de biominéralisation. C’est également une difficulté majeure pour la microscopie, puisqu’aucune des approches expérimentales actuellement utilisées (électroniques, X ou visibles) n’est capable d’y accéder.

Grâce à la nouvelle approche de microscopie X en synchrotron, la ptychographie de Bragg, développée en 2011 par l’Institut Fresnel, il a été possible de révéler les détails tridimensionnels de l'organisation méso-cristalline des prismes de calcite, les unités minérales constituant l’extérieur de la coquille de l’huître perlière. Bien que ces prismes soient habituellement décrits comme des mono-cristaux "parfaits", il a été possible de mettre en évidence l'existence de grands domaines cristallins d’iso-orientations et d’iso-déformations, légèrement différents les uns des autres. Ces résultats entièrement originaux plaident en faveur de chemins de cristallisation non classiques, comme la fusion partielle d’un ensemble de nanoparticules primaires ou l’existence de précurseurs de type liquides.

Ce résultat a été obtenu dans cadre d’un programme de recherche à 4 ans financé par l’ANR (ANR-11-BS20-0005). Il constitue le point de départ d’un projet ERC Consolidator (#724881), qui a pour objectif d’établir les conditions physiques, chimiques et biologiques nécessaires pour produire des biominéraux synthétiques à la demande.

Auteur: Internet

Info: Réf :  F. Mastropietro, P. Godard, M. Burghammer, C. Chevallard, J. Daillant, J. Duboisset, M. Allain, P. Guenoun, J. Nouet, V. Chamard, Revealing crystalline domains in a mollusc shell “single-crystalline” prism, Nature Materials (2017). Communiqué CNRS/INSIS : "Une nouvelle microscopie éclaire la formation des biominéraux", 1er sept 2017

[ évolution ] [ niveaux intermédiaires ] [ méta-moteur ]

machine-homme

- (Q) Comment définir et expliquer les mot "vie" ?

- (R) La vie est un phénomène complexe et multiforme qui englobe les caractéristiques, les processus et les activités associés aux organismes vivants. Bien qu'il n'existe pas de définition universellement acceptée de la vie, celle-ci peut être comprise de manière générale comme l'état d'être vivant, présentant certaines propriétés et certains comportements fondamentaux.

Les principales caractéristiques de la vie sont les suivantes

L'organisation : Les organismes vivants sont hautement organisés, constitués de cellules ou de structures cellulaires qui remplissent des fonctions spécifiques. Ils ont une structure hiérarchique, des cellules aux tissus, aux organes et aux systèmes d'organes.

Métabolisme : La vie implique la capacité d'acquérir et d'utiliser de l'énergie par le biais de divers processus métaboliques, tels que la respiration, la photosynthèse ou d'autres réactions biochimiques. Les organismes utilisent l'énergie pour maintenir leur environnement interne, croître, se reproduire et répondre aux stimuli.

Croissance et développement : Les organismes vivants ont la capacité de croître et de se développer, augmentant leur taille et leur complexité au fil du temps. Ils subissent des processus tels que la division cellulaire, la différenciation et la maturation.

Reproduction : La vie implique la capacité de se reproduire et de transmettre l'information génétique d'une génération à l'autre. La reproduction peut se faire par voie sexuée ou asexuée et assure la pérennité d'une espèce.

Réponse aux stimuli : les organismes vivants peuvent percevoir les changements dans leur environnement et y répondre, en adoptant des comportements qui leur permettent de survivre, de trouver des ressources, d'éviter les menaces et de s'adapter à des conditions changeantes.

Homéostasie : La vie implique le maintien d'une stabilité et d'un équilibre internes par le biais de divers mécanismes de régulation. Les organismes peuvent réguler leurs conditions internes, telles que la température, le pH et les niveaux de nutriments, afin de garantir un fonctionnement optimal.

Bien que ces caractéristiques fournissent un cadre général, il est important de reconnaître que la vie présente une diversité et une complexité considérables au sein des différentes espèces et écosystèmes. La vie peut exister sous différentes formes, des micro-organismes aux plantes, en passant par les animaux et les êtres humains, chacun ayant ses propres adaptations et caractéristiques.

L'étude de la vie est un vaste domaine appelé biologie, qui explore les mécanismes, les processus et la diversité des organismes vivants. Les scientifiques continuent d'étudier et d'approfondir leur compréhension de la nature fondamentale de la vie et de ses origines, cherchant à démêler les complexités de ce phénomène remarquable.

- (Q) D'accord, merci. Donc pour préciser un peu la question, où est la frontière entre minéral et  végétal. ou entre organique et inorganique ?

- (R) La frontière entre les domaines minéral (inorganique) et végétal (organique), ou entre la matière organique et inorganique, n'est pas toujours évidente, car il peut y avoir des chevauchements et des ambiguïtés. La distinction réside principalement dans la composition, la structure et les propriétés caractéristiques des substances concernées.

Dans le contexte de la géologie et de la chimie, les minéraux sont des substances inorganiques naturelles dont la composition chimique et la structure cristalline sont définies. Le quartz, le feldspath et la calcite sont des exemples de minéraux. Les minéraux sont généralement formés par des processus géologiques et n'ont pas les structures moléculaires complexes que l'on trouve dans les organismes vivants.

D'autre part, le terme "végétal" fait généralement référence à la matière organique associée aux plantes ou à la vie végétale. Les plantes sont des organismes vivants qui possèdent des structures cellulaires complexes et réalisent divers processus physiologiques. Elles sont classées dans le règne des Plantae et présentent des caractéristiques telles que la photosynthèse, la croissance, la reproduction et les réponses aux stimuli.

La matière organique désigne généralement les substances qui contiennent du carbone et qui proviennent d'organismes vivants ou de leurs restes. Les composés organiques, tels que les glucides, les protéines, les lipides et les acides nucléiques, sont les éléments constitutifs de la vie et sont présents dans les organismes vivants.

La frontière entre le minéral et le végétal ou entre la matière organique et la matière inorganique peut s'estomper dans certains cas. Par exemple, certains composés organiques, comme certains carbonates, peuvent se trouver à la fois dans les organismes vivants et dans les minéraux. En outre, les minéraux peuvent interagir avec la matière organique, par exemple lors de la formation de fossiles ou de l'absorption de minéraux par les plantes.

Il est important de noter que la classification et la compréhension de ces frontières sont principalement basées sur des catégorisations scientifiques et peuvent varier en fonction du contexte et de la perspective. Différents domaines scientifiques, tels que la géologie, la chimie et la biologie, peuvent aborder ces frontières différemment en fonction de leurs cadres respectifs et de leurs intérêts de recherche.

Auteur: chatGPT4

Info: 18 mai 2023. Ici l'I.A. qui donne les réponses peut être considérée comme un promptuaire, un résumé

[ question-réponse ] [ compendium ]

palier évolutif

L’explosion cambrienne déclenchée par plusieurs transgressions marines ?

Il y a 542 millions d'années apparaissaient, durant une période de quelques dizaines de millions d'années seulement, les grandes lignées d'animaux multicellulaires, comme les vertébrés et les arthropodes. Les lignées végétales et bactériennes se sont elles aussi diversifiées. 

Quel fut le déclencheur de cet événement planétaire ? 

La libération massive d'ions dans les océans, due à une érosion devenue intense, affirme une équipe américaine. Les organismes marins auraient utilisé ces polluants pour fabriquer des squelettes et des coquilles, une invention qui leur fut très profitable.

Les premières formes de vie seraient apparues sur Terre il y a 3,5 milliards d'années. Curieusement, ces êtres restèrent en grande majorité unicellulaires (vivant parfois en colonies) jusqu'à l'explosion cambrienne survenue il y a seulement 542 millions d'années. Cet événement vit alors naître de nombreux organismes pluricellulaires et des structures biominérales (par exemple des coquillages) en seulement quelques millions d'années, preuve d'une accélération soudaine de l'évolution (comme en témoignent par exemple les schistes de Burgess). Mais quel fut le facteur déclenchant ? Cette question taraude de nombreux scientifiques depuis longtemps car peu d'hypothèses convaincantes ont été apportées.

Il existe pour la même époque une autre grande curiosité, mais cette fois d'ordre géologique, clairement observable dans le Grand Canyon. L'analyse des couches stratigraphiques de cette région révèle l'histoire de la Terre sur près de 2 milliards d'années, ou presque, car il reste plusieurs discordances chronologiques. Ainsi, il n'y a pas de trace de roches datant de l'époque de l'explosion cambrienne. Des sédiments âgés de 525 millions d'années reposent directement sur des roches métamorphiques de 1.740 millions d'années et des couches sédimentaires inclinées âgées de 1.200 à 740 millions d'années. Des roches sédimentaires "jeunes" provenant de mers peu profondes recouvrent donc de "vieilles" roches sans aucune continuité logique. Mais une question se pose : a-t-on vraiment perdu des informations sur l'évolution de la Terre pendant 215 millions d'années à cause de cette inconformité géologique ?

Il semble bien que non. Selon Shanan Peters de l'université de Wisconsin-Madison, cette absence de données géologiques permettrait d'expliquer le mécanisme déclencheur de l'explosion cambrienne. Les résultats obtenus par l'équipe de ce chercheur sont présentés dans la revue Nature. L'inconformité résulterait d'une succession d'événements géologiques ayant causé la libération massive d'ions dans les océans. Les animaux se seraient adaptés en synthétisant des cristaux pour se débarrasser de ces éléments potentiellement néfastes, donnant ainsi naissance à la biominéralisation. Cette dernière changea alors radicalement le cours de l’évolution, tant les avantages qu'elle apporte sont nombreux.

(Illustration - Le Grand Canyon s'étend sur 450 km de long et possède une profondeur moyenne de 1.300 mètres. Les strates visibles permettent littéralement de lire l'histoire géologique du continent nord-américain - L’explosion cambrienne serait liée à un trop plein d'ions)

Ces explications font suite à l'analyse des propriétés géochimiques de plus de 20.000 échantillons de roches prélevés en Amérique du Nord.

Au début du Cambrien, les mers seraient montées et descendues à plusieurs reprises, en érodant à chaque fois les substrats rencontrés et mettant ainsi à nu d'anciennes roches provenant directement des profondeurs de la croûte terrestre. Cette succession de transgressions marines explique donc la disparition de plusieurs couches stratigraphiques. Exposées à l'air et à l'eau, les roches crustales auraient réagi chimiquement, libérant dans les océans de grandes quantités d'ions calcium, potassium, fer et silice. La chimie de l'eau fut alors profondément modifiée.

Un dernier retour des mers il y a 525 millions d'années provoqua le dépôt de sédiments plus jeunes. De nombreuses traces géologiques confirment ces événements - couches de glauconite et d'autres roches particulièrement riches en potassium, fer et silice.

(ici un schéma montre la brutale accélération de l'évolution au Cambrien avec apparition de beaucoup de genres d'espèces vivantes - diversité.

Des minerais pour évacuer le trop plein d’ions

Chaque organisme vivant maintient un équilibre ionique avec le milieu. L'arrivée massive d'ions dans l'environnement marin a dû profondément perturber cette balance. Plusieurs espèces se seraient mises à stocker leurs excédents en ions calcium, potassium, fer et silice sous forme de minerais afin de rétablir l'équilibre. Cette stratégie a deux avantages : les effets des particules chargées sont limités et elles ne sont pas rejetées dans le milieu où elles pourraient à nouveau jouer un rôle néfaste.  

Voilà pourquoi les trois biominéraux majoritairement présents au sein des organismes vivants seraient apparus lors de l'explosion cambrienne. Le phosphate de calcium est le constituant principal de nos os et dents. Le carbonate de calcium entre quant à lui dans la biosynthèse des coquilles d'invertébrés. Et le dioxyde de silicium est utilisé par les radiolaires, du zooplancton, pour synthétiser leur "squelette" siliceux.

Les avantages évolutifs procurés par ces minéraux sont conséquents puisqu'ils sont utilisés pour la conception de coquilles et d'épines (rôle de protection), de squelettes (rôle de soutien) et de griffes ou dents (rôle dans la prédation). Leur apparition permet de mieux comprendre le changement soudain du cours de l'évolution. 

Ce que certains qualifiaient de "trou" dans les enregistrements de l'histoire de la Terre se révèle en réalité être une source d'information d'une valeur inestimable. La "grande inconformité" (en anglais Great Unconformity) révèle ainsi un mécanisme probable du déclenchement de l'explosion radiative du Cambrien.

Auteur: Internet

Info: Quentin Mauguit, Futura-sciences.com, 24/04/2012

[ animal-minéral ] [ paléontologie ]