TD 9 – Dynamique des enveloppes externes et sédimentation photo: NASA

Dynamique des enveloppes externes et sédimentation Circulation atmosphérique Circulation océanique de surface Circulation océanique profonde Productivité primaire (plancton marin) Distribution des sédiments océaniques

Circulation atmosphérique ?

Circulation atmosphérique

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

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

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.

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

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

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

Mécanismes Mécanismes 2) Origine des mouvements horizontaux: le gradient de pression. Montée air chaud: pression en altitude ; pression au sol. 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 Manque d’air BP BP HP Surplus d’air Manque d’air

2) Circulation atmosphérique et climats 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 haute pression (HP) et de basse pression (BP) et expliquez la zonation climatique observée à la surface de la Terre

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.

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.

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 15

Lien entre pression atmosphérique (au sol) et végétation.

2) Circulation atmosphérique et climats

3) Génération des vents D'après votre profil, comment sont générés les vents à la surface de la Terre?

3) Génération des vents BP HP 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).

3) Génération des vents BP HP 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

Résumé circulation atmosphérique

Circulation océanique de surface Importance des courants océaniques pour l’homme : Pelamis (Ecosse)

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)

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

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

Circulation océanique PROFONDE Observation de plusieurs masses d’eau différentes par: leurs compositions chimiques (salinité, O2) 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.

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

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.

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.

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

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.

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.

3) Vitesse des eaux profondes 1°=111 km

3) Vitesse des eaux profondes 1°=111 km 52°S D = 58°+52°= 110° Soit 12210 km. T = 500-100 = 400 ans. Vitesse des eaux profondes ? V=30,5 km/an V=1 mm/s < V surface= 1 cm/s (10 fois plus vite)

3) Vitesse des eaux profondes 1°=111 km 52°S D = 58°+52°= 110° Soit 12210 km. T = 500-100 = 400 ans. Vitesse des eaux profondes ? V=30,5 km/an V=1 mm/s < V surface= 1 cm/s (10 fois plus vite) Circulation globale : 1750 (courants profonds) +250 (courants surface) ~ 2000 ans.

PRODUCTIVITE PRIMAIRE Matière minérale: CO2, O2, H2O, N2, NO3, HCO3… 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. Energie 6CO2 + 6H2O + hν = C6H12O6 + 6O2 Matière organique: ADN, ARN Protéines, Glucides, Lipides Algues vertes Algues rouges Algues brunes Végétaux terrestres Algues bleues

PRODUCTIVITE PRIMAIRE Chaîne alimentaire océanique pélagique: Producteurs primaires : PHYTOPLANCTON Algues Consommateurs secondaires: Poissons, céphalopodes, mammifères marins…. Consommateurs primaires : ZOOPLANCTON Crevettes, larves PLANCTON : ensemble des organismes flottant dans l’océan, et incapables de nager contre le courant. (Contraire : NECTON). 37

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

1) Productivité primaire: distribution Mesure de la production primaire des océans. P= 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑒 𝑆𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 x 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑠 Son unité est: g(C)/m2/an Faible productivité= Zone OLIGOTROPHES Forte productivité= Zone EUTROPHES

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

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

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

2) Comparaison avec les courants

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

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…

Teneur en nutriments dans l’océan 1) Origine des nutriments EROSION Lumière 2) Consommation immédiate dans la zone photique 3) Régénération du stock de nutriments. C5H9NO2 + 8O2+ 6OH- = NO3- + 5HCO3- +8H2O Proline redonne du nitrate

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

Origine des up-welling côtiers + + + UP-WELLING COTIER (Namibie) Les vents sont parallèles à la côte. Les courants vont vers le large. Il manque de l’eau tout près du continent. L’eau profonde remonte.

l’up-welling équatorial

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).

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

DISTRIBUTION DES SEDIMENTS OCEANIQUES Sédiments d’origine biogénique Sédiments d’origine minérale Coccolithophoridés Foraminifères Diatomées/ Radiolaires

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

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

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

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

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

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

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 ? En zone oligotrophe ?

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.

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…

2) Sédiments océaniques et prod. primaire CCD En zone oligotrophe: Pas de CaCO3 sous la CCD: CCD = Carbonate Compensation Depth Ils se sont dissous au cours de la descente: CaCO3 + H2O + CO2= Ca2+ + 2 HCO3- 2) En zone eutrophe: Les diatomées dominent, mais sont en parties diluées par des sédiments terrigènes (près des côtes).

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

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

3) Différences entre océans Cas particulier: Océan Indien Observation: les sédiments carbonatés coupent la ceinture équatoriale siliceuse présence de la dorsale (= plus faible profondeur)

3) Différences entre océans Océan Atlantique Observation 1: ceinture péripolaire à diatomées non marquée au Nord dilution importante par les sédiments terrigènes Observation 2: ceinture siliceuse équatoriale non marquée moindre sous-saturation des eaux vis-à-vis du CaCO3 (= plus de précipitation) relativement faible profondeur du bassin (< CCD ce qui permet la précipitation de carbonates)

3) Différences entre océans Océan Pacifique: Observation 1: sédimentation terrigène réduite l'essentiel des fleuves se jettent dans l'Atlantique ou dans l'Océan Indien Observation 2: sédiments principalement représentés par les argiles rouges absence de dorsale dans le Pacifique Nord (= peu de hauts fonds) âge ancien (= importante subsidence du Pacifique Nord) Observation 3: sédimentation carbonée confinée sur les hauts fonds au niveau des alignements de points chauds (Hawaï, chaîne de l'Empereur) et de la dorsale du Pacifique Sud profondeur < CCD

BILAN – dynamique globale des enveloppes externes (atmosphère et hydrosphère) et sédimentation Circulation atmosphérique Productivité primaire Origine: différentiel de chaleur reçue entre l'équateur et les pôles forte: zones tempérées froides, bordure des continents, zone équatoriales, débouché de fleuves rééquilibré par les vents Circulation verticale: masse chaude monte / masse froide descend faible: zones polaires, centre des gyres océaniques Sens de circulation horizontale des hautes vers les basses pressions cellules de Hadley (grande échelle) Distribution des sédiments océaniques, elle dépend de: Influence sur le climat la profondeur du plancher océanique ( > ou < à la CCD), dépend de Circulation océanique Origines: vents, forme de continents, caractéristiques physico-chimiques (température, salinité, densité) l'âge de la croûte la présence de haut-fonds (dorsale ou point chaud) 2 types de courants: l'apport terrigène courants profonds lents (v = 1 mm/s) la distribution de la productivité primaire courants de surface plus rapides (v = 1 cm/s) la concentration de CaCO3

Fin du TD Rappel: Lundi prochain : TD10 Risques naturels Lundi 24/04: CC2