Dynamique des enveloppes externes et sédimentation

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1 Dynamique des enveloppes externes et sédimentation

2 Plan 1) Circulation atmosphérique 2) Circulation océanique de surface 3) Circulation océanique profonde 4) Productivité primaire 5) Distribution des sédiments océaniques

3 Circulation atmosphérique METEO (court terme) CLIMATOLOGIE (long terme) EVENEMENTS VIOLENTS/EXTREMES Tornades Eruption du volcan islandais Eyjafjöll et fermeture des espaces aériens (avril 2010).

4 1) Moteur de la circulation atmosphérique Quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2?

5 1) Moteur de la circulation atmosphérique Différentiel entre l énergie reçue à l équateur et l énergie reçue aux pôles. Haute latitude Basse latitude Bilan : plus de chaleur/énergie reçue à l équateur qu aux pôles à l origine d un déséquilibre thermique latitudinal.

6 1) Moteur de la circulation atmosphérique Phénomène accentué par l albédo: faible réflection à l équateur (forêts) forte réflection aux pôles (banquise) EQUATEUR: Bcp énergie reçue Peu d énergie réémise POLES: Peu d énergie reçue Bcp énergie réfléchie EXCEDENT DEFICIT + -

7 Mécanismes Apport d énergie (chaleur) issue de la source chaude Pertes d énergie : transférée à la source froide. Cellule de convection: Déplacement circulaire des masses d air, permettant le transport de chaleur des zones chaudes vers les zones froides

8 Mécanismes 1) Origine des mouvements verticaux: la dilatation thermique. Montée air chaud et descente d air froid.

9 Mécanismes 2) Origine des mouvements horizontaux: le gradient de pression. o Montée air chaud: pression en altitude ; pression au sol. o Descente air froid: pression en altitude ; pression au sol. Les masses d air se déplacent à l horizontale naturellement des hautes pressions vers les basses pressions. HP Surplus d air BP Manque d air Manque d air BP HP Surplus d air

10 2) Circulation atmosphérique et climats Sur Terre il y a en fait 3 cellules atmosphériques par hémisphère. (Force de Coriolis) Elles contrôlent la zonation climatique terrestre par le biais des précipitations.

11 2) Circulation atmosphérique et climats HP BP HP BP BP HP BP HP Sur Terre il y en a en fait 3 cellules atmosphériques par hémisphère. (Force de Coriolis) Elles contrôlent la zonation climatique terrestre par le biais des précipitations.

12 2) Circulation atmosphérique et climats Forêt dans les zones où l air s élève. Pourquoi? Altitude Température Condensation de la vapeur d eau Précipitations. Forêt équatoriale Désert tropical Forêt sub-polaire Désert polaire

13 Lien entre pression atmosphérique (au sol) et végétation.

14 2) Circulation atmosphérique et climats

15 3) Génération des vents Manque d air BP HP Surplus d air Mouvement d air issu d une différence de pression. Appel d air dans les zones de basse pression (là où l air chaud s élève).

16 3) Génération des vents Manque d air BP HP Surplus d air Mouvement d air issu d une différence de pression. Appel d air dans les zones de basse pression (là où l air chaud s élève). Déviation des vents par la force de Coriolis : -vers la droite dans l hémisphère Nord -vers la gauche dans l hémisphère Sud. Vents d Est Vents d Ouest Alizés

17 Résumé circulation atmosphérique

18 Circulation océanique de surface Importance des courants océaniques pour l homme : navigation climat (Gulf Stream) pollution production d énergie. Assez similaire à l atmosphère Pelamis (Ecosse)

19 Circulation océanique de surface Selon vous, quels sont les facteurs qui contrôlent la circulation océanique de surface? Tracez les courants dans l Atlantique Nord.

20 Circulation océanique de surface 1) Vents! 2) Bordure continents

21 Circulation océanique de surface 1) Vents! 2) Bordure continents 3)Température, salinité, densité des eaux

22 Circulation océanique PROFONDE Plusieurs masses d eau différentes par leurs compositions chimiques (salinité, O2) et leurs caractéristiques physiques (T, P). Profil de températures Profil du taux d oxygène Profils réalisés par l IFREMER au cours de la campagne CITHER (Circulation thermohaline) dans l Atlantique équatorial et tropical.

23 1) Formation des eaux profondes Où se forment les eaux profondes? Mode de formation?

24 1) Formation des eaux profondes Où se forment les eaux profondes? Dans l Atlantique Nord (surtout) Mode de formation? Plongées d eaux très denses car très salées (évaporation Golfe Mexique) et refroidies (contact avec calotte groënlandaise) La formation de glace joue peu.

25 1) Formation des eaux profondes Antarctique? Oui, surtout lié à la précipitation de glace. Indien? Non, trop chaud. Pacifique Nord? Non car eaux amenées par le Kuroshio pas assez salées.

26 2) Orientation de la circulation profonde Orientation générale de la circulation profonde?

27 2) Orientation de la circulation profonde Orientation générale de la circulation profonde? Nord-Sud dans l Atlantique. Puis Est (vers l Océan Indien). Puis Nord-Est vers le Pacifique.

28 2) Orientation de la circulation profonde Orientation générale de la circulation profonde? Nord Sud dans l Atlantique. Puis Est (vers l Océan Indien). Puis Nord-Est vers le Pacifique.

29 3) Vitesse des eaux profondes Vitesse des eaux profondes?

30 3) Vitesse des eaux profondes 58 N 52 S Vitesse des eaux profondes? 1 =111 km

31 3) Vitesse des eaux profondes 58 N 1 =111 km 52 S Vitesse des eaux profondes? D = = 110 Soit km. T = = 400 ans. V=30,5 km/an V=1 mm/s < V surface= 1 cm/s (10 fois plus vite) Circulation globale : ~ 2000 ans.

32 PRODUCTIVITE PRIMAIRE Matière minérale: CO2, O2, H2O, N2, NO3, HCO3 Energie Producteur primaire : organisme capable de produire sa propre matière organique à partir uniquement de matière minérale et d une source d énergie. Le plus souvent : source d énergie = lumière. 6CO 2 + 6H 2 O + hν = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Matière organique: ADN, ARN Protéines, Glucides, Lipides Algues rouges Algues vertes Algues brunes Végétaux terrestres Algues bleues

33 PRODUCTIVITE PRIMAIRE Chaîne alimentaire océanique pélagique: Producteurs primaires : PHYTOPLANCTON Algues Consommateurs primaires : ZOOPLANCTON Crevettes, larves PLANCTON : ensemble des organismes flottant dans l océan, et incapables de nager contre le courant. (Contraire : NECTON). Consommateurs secondaires: Poissons, céphalopodes, mammifères marins.

34 PRODUCTIVITE PRIMAIRE 2 producteurs primaires à connaître (importants en géologie) : DIATOMEES Diatomophyte Test appelé frustule en silice (SiO2). COCCOLITHOPHORIDES Haptophyte Test appelé coccosphère en calcite (CaCO3).

35 1) Productivité primaire: distribution Productivité primaire: Mesure de la production primaire des océans. P= Masse carbone Surface Temps Son unité est: gc/ m 2 / an Faible productivité= Zone OLIGOTROPHES Forte productivité= Zone EUTROPHES

36 1) Productivité primaire: distribution Très oligotrophes : Oligotrophes : Eutrophes : Très eutrophes :

37 1) Productivité primaire: distribution Très oligotrophes : Zones polaires Oligotrophes : Centre des océans Eutrophes : Zones tempérées froides Bordures continents Ceinture équatoriale Très eutrophes : Bordures continents Débouchés fleuves

38 1) Productivité primaire: distribution Oligotrophes : Centre des océans Eutrophes : Zones tempérées froides Bordures continents Ceinture équatoriale Très eutrophes : Bordures continents Débouchés fleuves

39 1) Productivité primaire: distribution Selon vous quels sont les paramètres de contrôle de cette distribution? Très oligotrophes : Zones polaires Oligotrophes : Centre des océans Eutrophes : Zones tempérées froides Bordures continents Ceinture équatoriale Très eutrophes : Bordures continents Débouchés fleuves POURQUOI? POURQUOI? (en réserve) POURQUOI?

40 2) Comparaison avec les courants

41 2) Comparaison avec les courants Gyres océaniques : déserts Intérêt courants chauds dans zones tempérées froides

42 2) Comparaison avec les courants Gyres océaniques: déserts Intérêt courants chauds dans zones tempérées froides Courants côtiers (froids?) : très eutrophes! Courants équatoriaux : eutrophes! Zones d up-welling

43 Teneur en nutriments dans l océan Lumière 1) Origine des nutriments EROSION 2) Consommation immédiate dans la zone photique 3) Régénération du stock de nutriments. C 5 H 9 NO 2 + 8O 2 + 6OH - = NO HCO H 2 O Proline redonne du nitrate

44 Up-welling= remontée d eau profonde (>300 m) Carte des up-welling côtiers : Très bonne correspondance avec les zones à forte productivité (eutrophes) Ramène en surface les nutriments stockés sous la zone photique

45 Origine des up-welling côtiers Vent Transport d Ekman + 1) Les vents sont parallèles à la côte. 2) Les courants vont vers le large. 3) Il manque de l eau tout près du continent. 4) L eau profonde remonte. UP-WELLING COTIER (Namibie)

46 l up-welling équatorial

47 Origine de l up-welling équatorial Force de Coriolis Déviation des courants par rapport au vent. UP-WELLING EQUATORIAL La convergence des vents amène une divergence des courants. Les eaux de surface s écartent, et l eau profonde remonte (nutriments).

48 Origine de l up-welling équatorial 1) Les vents convergent vers l équateur (ITCZ). 2) Les courants divergent. 3) L eau profonde remonte au centre.

49 Sédiments d origine biogénique Coccolithophoridés Foraminifères Sédiments d origine minérale Diatomées/ Radiolaires

50 1) Sédiments océaniques et profondeur X Quels sont les sédiments associés aux très faibles profondeurs? Aux faibles profondeurs? Aux profondeurs moyennes? Etc (Rq: on ne s intéresse pas aux fosses, invisibles à cette échelle)

51 1) Sédiments océaniques et profondeur Sédiments peu profonds Plateau continental (->200 m) Talus continental (-> 3000m)

52 1) Sédiments océaniques et profondeur Sédiments à moyenne profondeur Autour de la dorsale (2500 à 3500m) Monts sous-marins (~3000m)

53 1) Sédiments océaniques et profondeur Sédiments très profonds: Plaine abyssale (3500 à 5000m)

54 1) Sédiments océaniques et profondeur Sédiments peu profonds Plateau continental (->200 m) Talus continental (-> 3000m) Sédiments à moyenne profondeur Autour de la dorsale (2500 à 3500m) Monts sous-marins (~3000m) Sédiments très profonds: Plaine abyssale (3500 à 5000m) Sédiments issus des continents, OK Pourquoi cette profondeur particulière? Il existe d autres contrôles que la profondeur Calottes! Contrôle sur les diatomées?

55 1) Sédiments océaniques et profondeur

56 1) Sédiments océaniques et profondeur

57 2) Sédiments océaniques et prod. primaire Test siliceux (SiO2) Test carbonaté (CaCO3) Producteurs primaires DIATOMEES Diatomophyte RADIOLAIRES COCCOLITHOPHORIDES Haptophyte FORAMINIFERES Zooplancton

58 2) Sédiments océaniques et prod. primaire Comparez les cartes de distribution des sédiments et de production primaire. -> quels sont les sédiments (notamment biogéniques) en zone eutrophe? -> quels sont les sédiments (notamment biogéniques) en zone oligotrophe?

59 2) Sédiments océaniques et prod. primaire Zones eutrophes: marges continentales, zone tempérée froide et ceinture équatoriale. Diatomées (SiO2) fréquentes en zones eutrophes. Dilution par des terrigènes près des côtes.

60 2) Sédiments océaniques et prod. primaire Zones oligotrophes: gyres océaniques. Coccolithophoridés préfèrent les zones oligotrophes. Mais ça n explique toujours pas leur absence sous 3500m

61 2) Sédiments océaniques et prod. primaire CCD 1) En zone oligotrophe: Pas de CaCO 3 sous la CCD: Carbonate Compensation Depth Ils se sont dissous au cours de la descente: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca HCO 3-2) En zone eutrophe: Les diatomées dominent, mais sont en parties diluées par des sédiments terrigènes (près des côtes).

62 3) Différences entre océans Pacifique: principal contrôle? Atlantique : principal contrôle?

63 3) Différences entre océans Pacifique: principal contrôle? Latitudinal: ceintures de productivité (climat/courant). Atlantique : principal contrôle? Longitudinal: profondeur.

64 3) Différences entre océans

65 3) Différences entre océans Dans l Océan Atlantique, la ceinture péripolaire à Diatomées n est pas marquée au Nord, sans doute en raison d une dilution importante par les sédiments terrigènes. Dans l Océan Atlantique, la ceinture siliceuse équatoriale n est pas marquée au niveau de l Atlantique du fait de la moindre sous saturation des eaux vis-à-vis du CaCO3 et de la relativement faible profondeur du bassin.

66 3) Différences entre océans Dans l Océan Pacifique, la sédimentation terrigène est réduite car l essentiel des fleuves sont présents dans l Atlantique ou dans l Océan Indien. Dans l Océan Pacifique, l absence de la dorsale et l âge ancien (importante subsidence du Pacifique Nord) explique que les sédiments soient principalement représentés par des argiles rouges. La sédimentation carbonatée est confinée sur les hauts fonds représentés par des alignements de points chauds (Hawai, Chaîne de l Empereur).