L organisme dans son environnement

Transcription

1 LV 208 L organisme dans son environnement Jean-Marc Guarini Université Pierre et Marie Curie (Paris VI) UI 938. Observatoire Océanographique de Banyuls sur Mer. BP Banyuls sur Mer. Tél Fax guarini@obs-banyuls.fr

2 L environnement physique et climatique : contraintes et adaptations

3 2ème partie : Relations entre les organismes et le climat. 11. Environnement physique et climatique 12. Conditions météorologiques et climatiques 13. Systèmes climatiques 14. Relations plante-climat 15. Relations animal-climat

4 2.11. L environnement physique et climatique L environnement est composé d éléments physico-chimiques, indépendant des organismes et des populations. Ce sont les Facteurs Ecologiques Abiotiques. Les F.E.A. les plus importants sont : 1) Les facteurs physiques et climatiques a) l'eau (composante indispensable à la vie, véhicule les nutriments) b) l'air (fournit l'oxygène et le gaz carbonique aux organismes vivants) c) la lumière (à la base de la photosynthèse) d) la température (température moyenne de la terre est 15 C). L énergie prépondérante provient du rayonnement solaire. Activité interne de la Terre est une source négligeable pour le climat (mais importante pour certains organismes, exemple : sources hydrothermales). 2) Les facteurs édaphiques a) la nature (support de développement des organismes vivants) b) la structure (conditionne l exploitation par les organismes vivants) 3) Les facteurs chimiques a) la composition élémentaire : (matière minérale) b) l état (solide, dissous, gazeux) et les changements de phase.

5 2.11. L environnement physique et climatique Les Facteurs Ecologiques Abiotiques sont différents des Facteurs Ecologiques Biotiques : Ce sont les éléments qui définissent les relations que développent entre eux, les organismes et les populations. Ce sont principalement : 1) la compétition pour la ressource 2) la prédation 3) le parasitisme 4) la symbiose D une manière générale : facteurs écologiques = F.E.A. U F.E.B. Ce sont tous les éléments de l environnement qui agissent sur les organismes au cours de leur cycle de vie.

6 2.12. Conditions météorologiques et climatiques Les masses d air sont décrites par des variables physiques : 1) Quantité de lumière reçue par unité de surface. 2) Pression atmosphérique (pression exercée par la masse d air) 3) Température de l air (quantité de chaleur) 4) Humidité de l air (contenu en vapeur d eau) 5) Pluviométrie (contenue en eau) 6) Vent (vitesse et directions de déplacement des masses d air) Qui définissent des conditions météorologiques locales. En les intégrant spatio-temporellement temporellement, sur des durées fixées arbitrairement, on obtient des valeurs moyennes qui définissent le Climat. Les conditions météorologiques sont fluctuantes : variabilité Les conditions climatiques sont plus stables : tendance

7 2.12. Conditions météorologiques et climatiques < Ex. météofrance : > Pour le climat : paramètres sont calculés sur une période de 30 ans : Statistiques annuelles 1) le record de température maximale 2) le record de température minimale 3) la température moyenne annuelle (moyenne sur 12 mois). 4) la quantité annuelle de précipitations: 1 litre/m 2 = 1 mm de hauteur + Statistiques mensuelles (saisonnalité) 1) moyenne des températures minimales du mois considéré. 2) moyenne des températures maximales du mois considéré 3) record de température maximale pendant le mois considéré. 4) record de température minimale pendant le mois considéré. 5) quantités de précipitations moyennes du mois considéré.

8 2.13. Systèmes climatiques : généralit ralité. C est un système complexe! Hydrosphère Géosphère

9 2.13. Systèmes climatiques : cycle de l eau. l Processus tampons du climat Glace Vent congélation Libère chaleur condensation Eau fusion Absorbe chaleur évaporation glace ruissellement précipitation évaporation Vapeur Evaporation la plus forte : pacifique équatorial Eau évaporée à la surface des océans re-précipite principalement à la surface des océans Précipitation océanique (10 fois + qu à la surface des continents)

10 2.13. Systèmes climatiques : flux d é énergie Température moyenne 15 C Bilan des flux : 0 W/m L atmosph atmosphère est une zone d é échange d énergie. L oc océan est un réservoir d énergie atmosphère terre océan La Terre, globalement, est en équilibre vis-à-vis des flux de chaleur Elle émet en moyenne 390 W/m 2 (rayonnement du sol) => si augmentation de l effet de serre, augmentation de la température.

11 2.13. Systèmes climatiques : Variabilité spatiale en 1D Verticale ascendance subsidence Climat humide Climat sec upwelling downwelling

12 2.13. Systèmes climatiques : var. latitudinale des masses d air Distribution de la chaleur équatoriale par le mouvement des masses d air (ascendance : air chaud et humide / descendance : air froid et sec) : 3 grandes cellules.

13 2.13. Systèmes climatiques : var. spatiale en 1D horizontale Vent Capacité calorifique : (capacité d un corps à contenir et transporter de la chaleur). Air = 1.0 J.g -1. K -1 Eau = 4.2 J.g -1. K -1 L Océan distribue la chaleur plus loin que l air. Courant Equateur Distance (100aines km) Pôle

14 2.13. Systèmes climatiques : les océans Les océans en quelques chiffres : 360 millions de km 2 (71 % de la surface du globe) Atlantique = 110 M km² / Prof. Max. = 9200 m Pacifique = 180 M km² / Prof. Max. = m Indien = 70 M km² / Prof. Max. = 7400 m 97 % de l'eau disponible sur terre. Eaux continentales = 3 % 1320 millions de km 3 en eau + 24 millions de km 3 en glace une profondeur moyenne de 3800 mètres. Terres émergées = 850 m une couche très mince (1 / 1700 ème, ramenée au rayon de la terre) 300 fois la masse de l'atmosphère, soit 1200 fois sa capacité de stockage de chaleur. La température moyenne des océans est seulement de 3.5 C. La température moyenne en surface est de 18 C (+3 C par rap. à l'air).

15 2.13. Systèmes climatiques : var. spatiale en 2D Horizontale

16 2.13. Systèmes climatiques : variabilité spatiale

17 2.13. Systèmes climatiques : variations temporelles Grands cycles climatiques : observations X 1000 ans Temps

18 2.13. Systèmes climatiques : variations temporelles Grands cycles climatiques: Glaciation Réchauffement : périodicité = ans «cycle de Milankovitch» Ils sont dus : à l éloignement périodique Terre-Soleil à une différence d exposition de la Terre D autres périodes d oscillation plus courtes : ans Maximum de température entre 4000 et ans. Maintenant, en théorie, la température devrait baisser.

19 2.13. Systèmes climatiques : grands types de climat actuels Répartition globale des grands types de climats actuels Équatorial Tropical pluvieux Tropical sec Désertiques Méditerranéen Océanique tempéré Continental Polaire montagneux

20 2.13. Systèmes climatiques : action anthropiques Augmentation de CO2 = augmentation du flux de rayonnement atmosphérique 360 ppm concentration en CO 2 Pour l instant + 4 W/m 2 = +0.8 C 260 ppm 800 années civiles Augmentation de la température : +15 W/m 2 = +3 en moyenne Fonte des glaces polaires et des glaciers : augmentation de l eau +15 cm Laboratoire pour étudier les adaptations des organismes

21 2.13. Systèmes climatiques : action anthropiques Profondeur moyenne des océans Diamètre de la terre = 3800 m = 6370 km Masse volumique de l eau = T C (T C) 2 Température moyenne des Océans = 3.5 C Question : pour 5 points/100 à l examen final. Quelle serait la montée moyenne du niveau de la mer si la température moyenne des océans augmentait de 3 C?

22 2.13. Systèmes climatiques : action anthropiques Le «jour d après» : science fiction ou possible futur? The Day After Tomorrow Bogi Hansen et al Decreasing overflow from the nordic seas into the Atlantic Ocean through the Faroe Bank channel since Nature. 411 : asof.npolar.no/library library/pdf pdf/bogihan.pdf

23 LES RELATIONS ORGANISMES-CLIMATS

24 2.14. Relations plante-climat La relation plante-climat est plutôt la Relation végétation-climat Végétation = structure ou formation (forêt, landes, champs d algues ) + flore (composition spécifique) La flore des continents est une conséquence: 1) des processus évolutifs : changements graduels de l environnement ont provoqués le passage suivant: Mousse, Fougères (1aire) Gymnospermes (2 aire) Angiospermes (3 et 4 aire) 2) Séparation des continents : isolement géographique = spéciation (espèces homologues dans les différents continents ou sp. vicariantes) Iles ont une flore très spécialisées : espèces endémiques 3) Des changements plus abrupts : glaciations réchauffement (les épisodes de glaciation ont éliminés certaines espèces) La Flore des océans est moins spécialisée : la plus ancienne.

25 2.14. Relations plante-climat Influence du climat : facteurs climatiques de répartition 1er facteur : la température. Le rôle du gel est fondamental. Ex. Olivier : pas de gel, aire de répartition restreinte à la méditerranée 2ème facteur : la quantité et la disponibilité de l eau Plantes ont besoin d eau : absorption de son poids/jour Mécanismes de rétention d eau en milieu aride (Baobab) 3ème facteur : la lumière. Importance de l alternance de lumière pour le cycle de photosynthèse. 4ème facteur : le microclimat Le microclimat peut-être plus important que le climat général. (ex. influence du vent, influence de l hydrodynamisme pour les fucus).

26 2.14. Relations plante-climat Influence du sol : facteurs édaphiques 1) Propriétés physiques du sol (porosité, teneur en eau, ph, ) 2) Nature du sol (sables, argiles, rochers, ) 3) Composition chimique ([sels nutritifs], (calcaire vs. Silice), ) 4) Origine du sol (alluvions, roche mère, )

27 2.14. Relations plante-climat Les plantes modifient leur environnement : photo-ombrage (phytoplancton, arbres, macroalgues, ) Modification de la température, l humidité (forêt équatoriale, ) Modification du sol (modification du ph, sécrétion d EPS) concurrence alimentaire (compétition) symbiose (bactéries plantes) : légumineuse procaryote (azote) Les plantes subissent l action de parasites. Les plantes sont consommés par des herbivores. (développement de défense spécifiques).

28 2.14. Relations plante-climat : adaptation Plantes en C4: (apparition il y a 8 millions d années) Régions chaudes et sèches - Diminuer la durée d ouverture des stomates pendant la journée (voir les fermer totalement) Diminution de l entrée de CO 2. dispositif anatomiques et physiologiques spécifiques synthèse de carbone en C4 (Maïs, Canne à sucre, ) Plantes carnivores : Dans des zones ou le sol est pauvre en azote

29 2.14. Relations plante-climat : adaptation Prédominance de facteurs climatiques : les formations végétales Selon la latitude Forêts denses ombrophiles équatoriales Forêts tropicales Forêts tempérées à feuilles caduques Forêts tempérées à feuilles persistantes Savanes Prairies Steppes Déserts de cactus Toundra/Taïga Selon l altitude Forêts d arbres à feuilles caduques Forêts de conifères Pelouses (Alpages)

30 Les biomes. c est un ensemble d écosystèmes caractéristique d'une aire biogéographique et nommé à partir de la végétation prédominante, la mieux adaptée aux conditions climatiques.

31 2.14. Relations plante-climat : les biomes Grands types de végétations associées aux climats Forêts équatoriales Forêts tropicales Savanes Déserts de Cactus Garrigues Forêts tempérées Steppes Toundras/Taïga Conifères/Alpages

32 2.14. Relations plante-climat : les biomes dans 1 siècle cle (scénario) Changements biogéochimiques ochimiques Introduction d esp espèces exotiques Utilisation des terres Changement climatique F. Tropicales Prairies Méditerranée Déserts F. Tempérées F. Boréales Z. Polaires Chapin F.S.III et al Consequences of changing biodiversity.. Nature 405 :

33 2.14. Relations plante-climat : les biomes, définition locale Exemple de végétations associées aux climats régionaux : Québec. Toundra (climat polaire) Forêt de transition (climat polaire/subarctique) (épicéas) Taïga (climat polaire) Forêt boréale (climat subarctique) (sapins) Forêt mixte (climat subarctique/continental) (érables)

34 2.14. Relations plante-climat : les biomes aquatiques Biomes aquatiques Biomes d eau douce cours d eau (rivières, fleuves) eau «stagnantes» (lacs, barrages, mers fermées) Biomes marins eaux polaires eaux côtières eaux hauturières récifs coralliens zones de front

35 Pôle nord Zones côtières (+ mers continentales = mer méditerranée) Zones hauturières Zones polaires (+ banquises au pôle nord) Pôle sud Zones frontales permanentes Zones côtières Zones hauturières Récifs coralliens Zone polaire (+banquise)

36 2.14. Relations plante-climat : les biomes aquatiques Le phytoplancton : Dans la limite de la couche photique (-100m dans les océans) Variation de la profondeur en fonction de l espèce de l heure du jour/nuit Succession saisonnière (efflorescences de communautés différentes : diatomées, dinoflagellés) Dans des milieux particuliers : cyanobactéries. (glaces, mais aussi déserts les plus arides, ) Ex: Anabaena spherica

37 2.14. Relations plante-climat : exemple Une augmentation significative de la température a été enregistrée au cours du vingtième siècle, augmentation particulièrement prononcée sur les quinze dernières années, tant à l'échelle mondiale qu'à l'échelle de la France. Influence sur la date de floraison et de vendange des vignes Grenache et Syrah d abord adaptés sont en limite sud de leur potentiel

38 2.15. Relations animal-climat La relation animal-climat est plutôt la Relation faune-climat La faune est la composition spécifique dans un endroit donné. Relations et analogies avec la végétation : la faune entre dans la définition des biomes. La faune est souvent associée à la végétation. Elle se réfère à la notion de réseau trophique (premiers organismes : bactéries puis plantes). Ex. Ongulés : évolution en relation avec l épisode d aridification entre 6000 et 4000 ans Hommes : raréfaction de la nourriture, évolution vers des pratiques d élevage et de culture. Faune polaire : animaux spécifiquement adaptés aux grands froids Faune marine profonde : animaux spécifiquement adaptés à la profondeur (pression, noir)

39 2.15. Relations animal-climat Relation moins marquée que pour la végétation Mobilité : animaux fixes (ou à déplacement limité) et animaux mobiles Les animaux sont aussi capables de grandes migrations actives en fonction de la saisonnalité du climat. biogéographie. Les animaux subissent aussi des processus de compétition, de prédation, qui structurent la composition faunistique d une région. Température : Ectothermes vs. Endothermes

40 2.15. Relations animal-climat : adaptation 1) Crustacés mysidacés : espèce Hemimysis margalefi Crustacé cavernicole : Hemimysis speluncola petits crustacés s peuplant les grottes sous-marines littorales de la Méditerran diterranée e qui subissent des changements brutaux.

41 2.15. Relations animal-climat : adaptation Après l'anomalie thermique de 1999 Hemimysis speluncola disparaît complètement, sa niche écologique est alors colonisée par Hemimysis margalefi.

42 2.15. Relations animal-climat : adaptation Réchauffement global de la méditerranée : Mortalité massive des Gorgones et des éponges.

43 2.15. Relations animal-climat : adaptation Extension géographique : Virulence du phénomène :

44 2.15. Relations animal-climat Faune de la méditerranée : augmentation de la température de l eau. En Méditerranée, dans le nord-ouest du bassin occidental. Présence de formes juvéniles d espèces connues à l état adulte mais qui ne s y reproduisaient pas : le mérou Epinephelus marginatus Apparition d espèces mobiles d eaux plus chaudes : «tropicalisation» la girelle paon Thalassoma pavo le barracuda Sphyraena viridensis, la baliste Balistes carolinensis Abondance d espèces classées comme rares il y a 30 ans:la grande cigale Scyllarides latus

45