Composition de l eau de mer. Temps de résidence

L’océan a été créé très tôt dans l’histoire de la terre : lorsque la surface est suffisamment refroidie, la vapeur d’eau en concentration très élevée dans l’atmosphère se condense pour former les océans, il y a environ 4 milliards d’années.

La composition de l’océan en gaz dissous et en sels (tableau 1) dépend des interactions avec les autres réservoirs de la biogéosphère terrestre (figure 5) : ainsi, l’activité tectonique au niveau des dorsales océaniques régule des échanges continuels entre l’océan et le manteau de la terre, les cours d’eau apportent à l’océan cations majeurs, bicarbonates, silice provenant des surfaces continentales, l’activité biologique est responsable de gradients verticaux importants en concentrations de traceurs biogéochimiques, la couche mélangée océanique est le siège d’échanges continuels de gaz avec l’atmosphère.

Ces processus impliquent que la composition de l’océan a variée au cours du temps, l’exemple le plus frappant provenant de la transition d’un océan anoxique vers un océan « oxygéné » il y a environ 2 milliards d’années lorsque l’oxygène produit par la photosynthèse a commencé à s’accumuler dans l’atmosphère.

Tableau 1 : composition saline des eaux des océans

Mécanismes physico-chimiques et biologiques régulant la concentration des composés dissous dans l'eau de mer (Figure 5)

Crédits: D'après Open University (Cambridge University)

attention Attention

La distribution des composés dissous dans l’océan résulte de deux phénomènes antagonistes : le mélange et la dynamique de l’océan ont tendance à homogénéiser ces composés, alors que la structuration spatiale des distributions provient des termes non conservatifs, associés aux échanges avec les autres réservoirs de la géobiosphère et aux processus biogéochimiques au sein de l’océan lui-même.

Le temps de mélange (ou de ventilation) de l’océan est de l’ordre du millier d’années (estimation effectuée par l’intermédiaire de traceurs « horloge » comme lelien externe  Carbone 14 ( 14C).
Certains traceurs comme le sodium et le chlorure qui ont un temps de résidence de l’ordre de 100 millions d’années sont en première approximation conservatifs et leur concentration est totalement homogène dans l’océan.
Par contre, d’autres constituants, en particulier les métaux, comme le Fer, ont un temps de résidence nettement plus faible (quelques dizaines d’années), et leur structuration verticale, associée en partie à l’activité biologique et à la chimie d’oxydo réduction, est extrêmement marquée. De nombreux constituants, comme l’oxygène, le dioxyde de carbone, les éléments nutritifs, qui ont un lien très fort avec l’activité biologique, sont aussi caractérisés par des distributions variables dans l’océan.

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lien externe L'évolution temporelle

Définition

Milieu pauvre ou exempt d’oxygène.

Définition

L’évolution dans l’espace et le temps de tout constituant dans l’océan dépend de plusieurs termes : le transport et le mélange résultant de la dynamique océanique, les apports ou les pertes aux frontières de l’océan (atmosphère, rivières, sédiments) et les réactions biologiques et chimiques dans l’océan lui-même. La dynamique de l’océan (courant, turbulence, mélange) ne fait que transporter et redistribuer les éléments dans l’océan sans modifier le contenu total de l’océan. Par contre, les réactions biologiques ou chimiques transforment les éléments en d’autres éléments : le contenu des éléments est alors modifié. Les éléments qui ne subissent aucune transformation chimique ou biologique sont appelés conservatifs, et les flux associés sont les flux dus à la dynamique océanique : c’est la cas de la salinité ou de certains traceurs anthropiques (polluants) tels que certains chlorofluorocarbures ou fréons. Par contre, le carbone et l’oxygène sont modifiés par la photosynthèse et la respiration : leur contenu dans une parcelle d’océan varie donc par l’intermédiaire de l’activité biologique. Ces traceurs sont dits non conservatifs, et les flux de photosynthèse ou de respiration sont les flux/termes non conservatifs régulant l’évolution de ces éléments.

Définition

En sciences de la terre et de l’environnement, un réservoir est une partie du système étudié qui, en première approximation, peut être considérée comme homogène vis-à-vis des propriétés et des caractéristiques principales du milieu considéré. Ainsi, dans les études du système climatique, l’atmosphère, l’océan, les surfaces continentales peuvent être décrits comme des réservoirs. De même, tout réservoir peut être aussi décomposé en plusieurs sous parties, qui seront alors elles mêmes des réservoirs de plus petite taille. Ainsi, l’océan global peut être divisé en plusieurs réservoirs, que ce soit en fonction de la profondeur (couche de surface mélangée, thermocline, océan profond) ou en fonction de la latitude (océans polaires, tropicaux, équatoriaux). Cette décomposition est une simplification de la complexité du monde « réel » et permet de bien définir les termes qui contraignent l’évolution des caractéristiques de ces réservoirs (concentration en carbone, humidité, acidité, biomasse végétale, etc..) en fonction des entrées et sorties aux frontières du réservoir et en fonction des transformations qui ont lieu en son sein.

Définition

D’une manière extrêmement simplifiée, la géosphère fait référence au monde matériel, physique non vivant qui nous entoure, tandis que la biosphère désigne à la fois l'ensemble des organismes vivants qui habitent la Terre et l'espace qu'ils occupent. Le concept de géobiosphère prend en compte le fait que ces deux « sphères » ne sont pas indépendantes, et que la vie modifie en permanence le milieu physique et que ce milieu physique conditionne de tout temps la vie. Cette notion est à rapprocher du concept de Gaïa.