TD 8 : Dynamique des enveloppes externes et sédimentation

Objectif : Comprendre, à partir de l étude de différents documents, les principaux liens entre les circulations atmosphérique, océanique et la répartition des sédiments océaniques

1. La circulation atmosphérique 1. D après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2? Fig. 1 : Flux solaire incident et réfléchi par la surface de la terre en fonction de la latitude Fig. 2 : Modèle de circulation atmosphérique

1. La circulation atmosphérique 1. D après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2? Caractéristiques observées : 1. Mouvements verticaux : - Montée d air chaud à l équateur et aux latitudes 60 - Descente d air froid aux pôles et aux tropiques (30 ) 2. Mouvement horizontaux : - Transfert d air en altitude de l équateur vers les pôles - Transfert d air «bas» des pôles vers l équateur - Rotation de l air vers la droite dans l hémisphère Nord et vers la gauche dans l hémisphère Sud Quel moteur?

1. La circulation atmosphérique 1. D après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2? - Flux solaire incident est plus faible aux pôles qu à l équateur - Flux réfléchi par la surface de la terre est à peu près constant en comparaison Pourquoi?

1. La circulation atmosphérique 1. D après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2? - Flux solaire incident est plus faible aux pôles qu à l équateur - Flux réfléchi par la surface de la terre est à peu près constant en comparaison Un rayon solaire de même énergie éclaire une surface bien plus grande aux pôles qu à l équateur alors que l énergie est plus concentrée à l équateur et le flux solaire incident (en W/m²) est donc bien supérieur.

1. La circulation atmosphérique 1. D après vos connaissances et en vous basant sur la figure 1, quel est le moteur de la circulation atmosphérique observée sur la figure 2? - Flux solaire incident est plus faible aux pôles qu à l équateur - Flux réfléchi par la surface de la terre est à peu près constant en comparaison Aux basses latitudes, la Terre reçoit donc plus d énergie par m² qu elle n en réémet apport net de chaleur Aux hautes latitudes, la Terre réémet plus d énergie qu elle n en reçoit perte nette de chaleur

1. La circulation atmosphérique Mécanismes Cellule de convection : Déplacement des masses d air, permettant le transport de chaleur des zones chaudes vers les zones froides

1. La circulation atmosphérique Mécanismes Origine des mouvements verticaux : la dilatation thermique Montée d air chaud et descente d air froid

1. La circulation atmosphérique Mécanismes Origine des mouvements horizontaux : le gradient de pression Montée d air chaud : la pression augmente en altitude mais diminue au sol Descente d air froid : la pression diminue en altitude mais augmente au sol Les masses d air se déplacent donc à l horizontale naturellement des hautes pressions vers les basses pressions :

1. La circulation atmosphérique 2. Représentez sur un profil allant de l équateur aux pôles l ensemble des informations que vous pouvez extraire de la figure 2. Placez les zones de Hautes et Basses Pressions et expliquez la zonation climatique observée à la surface de la Terre.

1. La circulation atmosphérique 2. Représentez sur un profil allant de l équateur aux pôles l ensemble des informations que vous pouvez extraire de la figure 2. Placez les zones de Hautes et Basses Pressions et expliquez la zonation climatique observée à la surface de la Terre. HP BP HP BP HP Sur Terre, on observe en fait 3 cellules atmosphériques par hémisphère (cellule de Hadley entre 0 et 30, cellule de Ferrel entre 30 et 60 et cellule polaire entre 60 et 90 ). Ces cellules contrôlent la zonation climatique terrestre par le biais des précipitations.

1. La circulation atmosphérique 2. Représentez sur un profil allant de l équateur aux pôles l ensemble des informations que vous pouvez extraire de la figure 2. Placez les zones de Hautes et Basses Pressions et expliquez la zonation climatique observée à la surface de la Terre. HP BP HP BP HP On retrouve les grandes forêts dans les zones où l air s élève. Pourquoi? Quand l air monte, on augmente en altitude et on diminue donc en température (environ 1 C tous les 100m dans la troposphère) : Condensation de la vapeur d eau Précipitations

1. La circulation atmosphérique 2. Représentez sur un profil allant de l équateur aux pôles l ensemble des informations que vous pouvez extraire de la figure 2. Placez les zones de Hautes et Basses Pressions et expliquez la zonation climatique observée à la surface de la Terre. Lien entre pression atmosphérique au sol, précipitations et végétation

1. La circulation atmosphérique 3. D après votre profil, comment sont générés les vents à la surface de la Terre? HP BP HP BP HP

1. La circulation atmosphérique 3. D après votre profil, comment sont générés les vents à la surface de la Terre? - Transport de matière des basses pressions vers les hautes pressions HP BP HP BP - On a plusieurs cellules de convection et une alternance de zones de BP (zones de pluie) et de HP (sec, déserts tropicaux). Pourquoi? HP Effet de la rotation de la Terre : force de Coriolis.

1. La circulation atmosphérique 3. D après votre profil, comment sont générés les vents à la surface de la Terre?

1. La circulation atmosphérique Résumé global

2. La circulation océanique de surface 1. Sur la base de la figure 3, quels sont les facteurs qui contrôlent la circulation océanique de surface?

2. La circulation océanique de surface 1. Sur la base de la figure 3, quels sont les facteurs qui contrôlent la circulation océanique de surface? - Le vent : courants E-O dans la zone intertropicale liés aux Alizés, courants O-E entre 30 et 60 de latitude liés aux vent d ouest - Impact de la force de Coriolis : on retrouve des courants déviés vers la gauche dans l hémisphère sud et vers la droite dans l hémisphère nord - Influence de la bordure des continents - Lien entre les courants océaniques et atmosphériques : rôle de transporteur de chaleur également

2. La circulation océanique de surface 2. Complétez la figure 3 en traçant les courants de surface dans l Atlantique Nord.

3. La circulation océanique profonde 1. Repérez sur la figure 4 où se forment les eaux profondes. Expliquez ensuite leur formation. Principe de datation des eaux profondes par C14

3. La circulation océanique profonde 1. Repérez sur la figure 4 où se forment les eaux profondes. Expliquez ensuite leur formation. Les eaux profondes les plus jeunes sont dans l Atlantique Nord (mers de Norvège et du Groenland), c est donc, d après les observations, le lieu de plongement des eaux. Pourquoi les eaux plongent-elles? Car elles deviennent plus denses : ce sont ici des eaux froides très salées car : - Contact avec la calotte groenlandaise entraîne un refroidissement des eaux - La glace de banquise qui se forme contient très peu de sel (reste dans la partie liquide) mais faible contribution - L évaporation du Gulf Stream au niveau du Golf du Mexique a aussi enrichi les eaux de surface en sel

3. La circulation océanique profonde 2. Quelle est l orientation générale de la circulation océanique profonde?

3. La circulation océanique profonde 2. Quelle est l orientation générale de la circulation océanique profonde? Les eaux profondes ont principalement des mouvements méridiens (N-S) le long : - De l Atlantique (du nord au sud) - De l océan Indien (du sud au nord) - De l océan Pacifique (du sud au nord) Et une vaste zone de circulation latitudinale autour de l Antarctique (courant Circumpolaire).

3. La circulation océanique profonde 2. Quelle est l orientation générale de la circulation océanique profonde? Circulation thermohaline ou tapis roulant océanique : - 2 zones de plongement ou sources : en mer de Norvège et en mer de Weddell (sud) - 2 zones de remontée diffuse : dans l océan Indien et dans l océan Pacifique

3. La circulation océanique profonde 3. Calculez la vitesse des eaux profondes. Comparez cette vitesse avec celle que vous pensez être caractéristique des eaux de surface. On considère ici que 1 = 111 km

3. La circulation océanique profonde 3. Calculez la vitesse des eaux profondes. Comparez cette vitesse avec celle que vous pensez être caractéristique des eaux de surface. 58 N V = D/T Or, D = 58 + 52 = 110 soit 110x111 = 12210 km T = 500 100 = 400 ans 52 S Donc V = 12210 / 400 = 30,5 km/an = 1 mm/s Or, V surface = 1 cm/s donc 10 fois plus vite que la vitesse des eaux profondes! On considère ici que 1 = 111 km

3. La circulation océanique profonde 4. Combien de temps faut-il en moyenne pour que l eau des océans décrive une circulation globale qui la ramène à son point de départ?

3. La circulation océanique profonde 4. Combien de temps faut-il en moyenne pour que l eau des océans décrive une circulation globale qui la ramène à son point de départ? V prof ~ 1 mm/s ou 30 km/an V surf ~1 cm/an ou 300 km/an - Il faut environ 1750 ans pour aller jusqu au point de remontée du Pacifique Nord - Et 10 fois moins pour revenir en Atlantique Nord par la surface! Soit 1750 + 175 = 1925 ~ 2000 ans!

4. Productivité primaire 1. A partir de la figure 5, commentez la distribution de la productivité primaire (plancton marin) 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 la lumière) Chaîne alimentaire océanique pélagique : - Producteurs primaires : le phytoplancton (algues) - Consommateurs primaires : le zooplancton (crevettes, larves ) - Consommateurs secondaires : poissons, céphalopodes, mammifères marins

4. Productivité primaire 1. A partir de la figure 5, commentez la distribution de la productivité primaire (plancton marin) Productivité primaire : mesure de la production primaire des océans avec P = masse carbone surface x temps Faible productivité = Zones oligotrophes Forte productivité = Zones eutrophes

4. Productivité primaire 1. A partir de la figure 5, commentez la distribution de la productivité primaire (plancton marin) La production est maximale : - Le long de certaines côtes et à l embouchure des grands fleuves La production est importante : - Dans les bandes péripolaires et équatoriales - Au niveau des zones tempérées froides et également sur la bordure des continents La production est minimale : - Au centre de certains océans Très eutrophe Eutrophe Oligotrophe

4. Productivité primaire 2. Pouvez-vous faire le lien avec la circulation océanique?

4. Productivité primaire 2. Pouvez-vous faire le lien avec la circulation océanique? - Les faibles productivités correspondent aux centres des gyres océaniques (anticyclones) : il s agit généralement de masses d eau pauvres en nutriments («déserts»)

4. Productivité primaire 2. Pouvez-vous faire le lien avec la circulation océanique? - Les faibles productivités correspondent aux centres des gyres océaniques (anticyclones) : il s agit généralement de masses d eau pauvres en nutriments («déserts») - Intérêt des courants chauds dans les zones tempérées froides

4. Productivité primaire 2. Pouvez-vous faire le lien avec la circulation océanique? - Les faibles productivités correspondent aux centres des gyres océaniques (anticyclones) : il s agit généralement de masses d eau pauvres en nutriments («déserts») - Intérêt des courants chauds dans les zones tempérées froides - Courant côtiers méridiens très eutrophes - Courants équatoriaux eutrophes Zones d upwelling!

4. Productivité primaire 2. Pouvez-vous faire le lien avec la circulation océanique?

4. Productivité primaire 2. Pouvez-vous faire le lien avec la circulation océanique? Upwelling côtier : les vents entraînent des courants qui vont vers le large, entraînant une remontée des eaux riches en nutriments au niveau des côtes Upwelling équatorial : les vents qui convergent vers l équateur entraînent une divergence des courants et l eau profonde remonte au centre Carte des upwelling côtiers : - Très bonne correspondance avec les zones à forte productivité (eutrophes) - Ramène en surface les nutriments qui sont stockés sous la zone photique

5. Distribution des sédiments océaniques 1. A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez-vous faire un lien entre la distribution des sédiments océaniques et la profondeur?

5. Distribution des sédiments océaniques 1. A partir des figures 6, 7 et 8, pouvez-vous faire un lien entre la distribution des sédiments océaniques et la profondeur? Sédiments peu profonds : plateau et talus continental (entre 200 et 2000-3000 m) Sédiments issus des continents! Sédiments à moyenne profondeur : autour de la dorsale (2500 à 3500 m) et monts sous-marins (~3000 m) Pourquoi cette prof. particulière? Sédiments très profonds : plaine abyssale (3500 à 5000 m) Il existe d autres contrôles que la profondeur

5. Distribution des sédiments océaniques 2. A partir des figures 5 et 6, pouvez-vous faire un lien entre la distribution des sédiments océaniques et la productivité primaire? Les carbonates CaCO 3 qui forment notamment les tests (ou coquilles) des coccolithophoridés (producteurs primaires) sont totalement dissous dans l eau de mer sous 4000 m de profondeur, ils ne peuvent donc plus sédimenter! Ce niveau est appelé le niveau de compensation des carbonates (ou de la calcite) (CCD)

5. Distribution des sédiments océaniques 2. A partir des figures 5 et 6, pouvez-vous faire un lien entre la distribution des sédiments océaniques et la productivité primaire? Zones eutrophes : marges continentales, zones tempérées froides et ceinture équatoriale. Diatomées (SiO 2 ) fréquentes en zones eutrophes. Dilution par des terrigènes près des côtes. Les zones de très forte productivité primaire correspondent généralement aux sédimentations siliceuses

5. Distribution des sédiments océaniques 2. A partir des figures 5 et 6, pouvez-vous faire un lien entre la distribution des sédiments océaniques et la productivité primaire? Zones oligotrophes : gyres océaniques. Coccolithophoridés (CaCO 3 ) préfèrent les zones oligotrophes. Argiles rouges tapissent les grands fonds : très fines particules terrigènes

5. Distribution des sédiments océaniques 2. A partir des figures 5 et 6, pouvez-vous faire un lien entre la distribution des sédiments océaniques et la productivité primaire?

5. Distribution des sédiments océaniques 3. Comment expliquez-vous les différences observées entre les océans Atlantique, Pacifique et Indien? Principaux contrôles?

5. Distribution des sédiments océaniques 3. Comment expliquez-vous les différences observées entre les océans Atlantique, Pacifique et Indien? Principaux contrôles? Océan Atlantique : - Sédimentation contrôlée par la bathymétrie (profondeur), zonation longitudinale - Pas de ceinture équatoriale Océans Pacifique et Indien : - Pas de lien clair entre la bathymétrie et le type de sédimentation - On observe une zonation plutôt latitudinale qui suggère un contrôle climatique L Atlantique est étroit, peu profond et reçoit beaucoup de sédiments terrigènes qui diluent les sédiments siliceux

Bonnes vacances!