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La Terre, berceau de l'Humanité Les océans (VI) Que savons-nous de ce "grand bleu" qui recouvre les trois-quarts de la surface de la Terre ? Asseyons-nous quelques instants sur la plage pour aborder l'aspect physique des océans. Nous reviendrons en détail sur la vie dans les océans lorsque nous discuterons de la faculté d'adaptation et des possibilités de vie sur une planète océanique. Avant le XXeme siècle les savants ignoraient tout des océans. Pendant l'Antiquité, 1500 ans avant Jésus-Christ, les Grecs naviguaient sur la mer Egée pour récolter du corail, des coquillages et faire du commerce avec les comptoirs établis sur les côtes étrangères. On sortait à peine de la Méditerranée et le "Palais de Neptune" n'était connu que jusqu'à 20 ou 30 mètres de profondeur. Il ne leur vint jamais l'idée qu'il était conquis par l'obscurité quelques brasses plus bas. En revanche, les monstres et les sirènes y pullulaient. A consulter : Ocean World
Ce n'est qu'à la fin du XIXeme siècle, lorsqu'on posa les premiers câbles sous-marins à -1800 m que l'on découvrit que la vie s'était développée à de telles profondeurs. C'est alors que débuta réellement l'exploration océanique et la course aux grands fonds. La surface des mers occupe 361.22 milliards de km2, soit 70.8% de la surface du globe. L'hydrosphère (océans, lacs, glaciers, eaux sousterraines, rivières, etc) représente de nos jours 1.38 milliards de km3 d'eau et contient 97% des réserves d'eau de la planète. La masse des océans représente 1.37 milliards de milliards de tonnes (1021 kg) ce qui représente 0.023% de la masse totale de la Terre. La profondeur moyenne des océans est de 3800 m. Plus de la moitié des eaux océaniques plongent à plus de 3000 m de profondeur. Rapportés au diamètre de la Terre, les océans ne représentent qu'un film excessivement mince équivalent à 1/1700 du rayon de la Terre. Ils représentent néanmoins 300 fois la masse de l'atmosphère et 1200 fois sa capacité de stockage de la chaleur. Ils jouent donc un rôle thermorégulateur très important. Les mers ont été divisées en quatre océans : l'océan Atlantique, Pacifique, Indien et Antarctique. Notons que depuis 2000, l'ancien océan Arctique est considéré comme l'extension Nord de l'océan Atlantique. L'eau de mer présente une température moyenne de 3.51°C et pèse en moyenne 1.028 kg par litre du fait de la présence de sels dissous (essentiellement le chlorure de sodium, NaCl). Dans l'eau de mer, les sons se propagent à la vitesse d'environ 1500 m/s, soit 5 fois plus vite que dans l'air. Le pH moyen de l'eau de mer varie entre 7.5 et 8.4 (supérieur à 8 dans les eaux de surface), le milieu est donc légèrement basique, phénomène lié à la présente de sel. La mer contient environ 35 g de sel par kilogramme d'eau, ce qui représente une salinité de 35. Cette salinité peut monter entre 36 et 39 dans la mer Méditerranée et dans le Golfe Arabo-Persique, 44 dans la mer Rouge et jusqu'à 275 dans la mer Morte (en surface car elle atteint 325 à 350 m de profondeur). En revanche, elle tombe à 13 dans la mer Caspienne. L'Atlantique Nord est l'océan le plus chaud et le plus salin du monde avec une température moyenne de 5.08°C et une salinité moyenne de 35.09. Pourquoi l'eau de mer est-elle salée ? L'eau de mer contient 96.5% d'eau pure et 3.5% d'autres substances dont notamment des sels, des gaz dissous, des substances minérales et organiques. Le chlore et le sodium représentent à eux seuls 85% du poids des substances dissoutes. L'eau salée est une solution complexe faiblement concentrée qui contient "un peu de tout" : au moins 72 éléments chimiques ont été identifiés dans l'eau de mer, la plupart en quantité extrêmement faibles, y compris de l'or (0.000005 mg par litre d'eau). Certains éléments se dissolvent dans l'eau, d'autres tombent au fond des océans. Les scientifiques estiment que l'eau de mer contient 50 millions de milliards de tonnes de matière dissoute diverse. Si tout le sel contenu dans l'eau de mer était déposé également à la surface des terres fermes, il formerait une couche uniforme de plus de 150 mètres d'épaisseur, l'équivalent de la hauteur d'un building de 40 étages ! Vidéos à voir : Plongez au fond des océans (Greenpeace)
L'eau de mer contient tout d'abord des sels minéraux dont 3 % de chlore et de sodium, 0.3% de sulfate et 0.1% de magnésium ainsi que d'autres sels à l'état de trace (< 0.05%). Il faut ajouter à ces quantités de la matière organique en décomposition produite essentiellement par les organismes marins. La plus grande partie du sel des océans provient de processus naturels lents comme l'érosion par le vent et les rivières des roches igneuses refroidies de l'écorce terrestre, le lavage des montagnes ainsi que la dissolution des sédiments par l'action des pluies et des courants qui transportent ces minéraux jusqu'à la mer. Certains sels ont également été arrachés et dissous des roches et des sédiments situés sous le socle continental. Parmi les autres sources de sels citons les matériaux solides et gazeux qui se sont échappés de l'écorce terrestre à travers les bouches volcaniques ou qui sont issus de l'atmosphère. Des mesures récentes indiquent que les solides arrachés aux masses continentales par les rivières s'élèvent à 10 tonnes par km2 en Australie et à environ 193 tonnes par km2 en Europe. A l'échelle mondiale, les rivières transportent quelque 4 milliards de tonnes de sels dissous vers les océans. La vie dans les océans Les océans abritent 80% de la biodiversité de la planète, autrement dit entre 4 et 80 millions d'espèces de créatures selon les estimations ! Ce milieu constitue une source de nourriture primordiale pour des millions d'organismes et de personnes. La biomasse océanique se divise en trois types d'individus, la méïofaune (dont la taille oscille entre 40 et 500 microns), la macrofaune (dont la taille est supérieure à 500 microns) et la faune de grande taille. La densité moyenne de la méïofaune est de l'ordre de 100000 à 500000 individus/m². Pour la macrofaune, on compte de 100 à 1000 individus/m². Quant à la faune de grande taille (échinodermes, crustacés, poissons, etc) son peuplement est très variable, pouvant atteindre plus de 10000 individus à l'hectare dans la mer de Norvège. A lire : Adaptation et accoutumance à l'eau The Deep Book (livre iconographique sur la faune des abysses)
Malheureusement, nous verrons dans d'autres articles consacrés à l'écologie et l'environnement qu'à peine 0.01% des océans sont protégés contre les activités souvent destructrices des hommes... Ainsi que nous le verrons à propos des épaves, aujourd'hui toutes les eaux du monde sont polluées et on retrouve dans toutes les régions côtières des macro-déchets jusqu'à plus de 2000 m de profondeur ! Si les poissons pouvaient pleurer, ils rempliraient les océans de larmes ! Entre la surface et les abysses La densité de l'eau de mer dépend de la salinité et de la température, deux paramètres qui déterminent également les différentes masses d'eau de mer. Elle qera la plus dense et la plus lourde à -2°C. Les eaux froides ont donc tendance à s'enfoncer sous les eaux chaudes, et ce d'autant plus en présence de sel. Pendant l'été, en surface la température de l'eau oscille entre 15°C (Atlantique) et 35°C (Golfe Persique) et peut localement, dans des "poches", atteindre 56°C. Dans les abysses au contraire, ou sous la glace la température peut chuter à -0.8°C. L'eau de mer commence à geler entre -1.8 et -3°C dans les régions polaires. A partir de 2000 m de profondeur, sa température moyenne est de 2°C. Enfin, entre les eaux chaudes de surface et les courants des profondeurs il existe une zone d'eau froide intermédiaire (ICF) dont la variation de température est un indice de l'évolution du climat. 10% du volume des mers est impliqué dans les courants de surface tandis que les 90% restants évoluent en fonction des différences de densité des masses d'eau de mer.
La lumière filtre difficilement au-delà d'une centaine de mètres de profondeur, mais elle reste perceptible jusqu'à 5 ou 600 m après accoutumance. Le noir absolu ne débute qu'au-delà de 1200 m de profondeur. Le fond des océans présente un paysage volcanique en moyenne peu accidenté formé à partir des dorsales océaniques. On y trouve cependant des fosses très profondes (la fosse des Mariannes plonge à -11516m) et des montagnes isolées très élevées (8325 m entre les îles Samoa et la Nouvelle Zélande).
En 1974 les géologues découvrirent à plus de 3000 m de profondeur des dépôts de manganèse et des geysers d'eau chaude qui corroboraient définitivement la théorie de la tectonique des plaques de Wegener, jusqu'alors souvent tournée en dérision. Les plaques tectoniques progressent de moins de 10 cm par an. Reporté à l'échelle de la Terre, la vie d'un océan est d'environ 100 millions d'années, terme moyen au bout duquel la physionomie de tous les continents est modifiée. L'océan Atlantique par exemple est né voici 120 millions d'années à l'endroit où se trouve aujourd'hui les fameuses fumeurs noires de Snake Pit, Lucky Strike ou de Broken Spur à mi-chemin entre l'Europe et les Etats-Unis. On peut encore retrouver les traces de cette mer primitive ou Tethys car elle a périodiquement débordé sur les continents depuis quelque 250 millions d'années. Entourant le continent primitif ou Pangée, la Tethys a progressivement ouvert l'océan Atlantique en provoquant l'isolement progressif de la mer Méditerranée et la séparation de l'ancien monde du continent américain.
Ainsi que nous l’avons déjà souligné, les dorsales océaniques situées au milieu des océans jouent un rôle majeur dans l'évolution des continents. C'est en effet à cet endroit que le matériau chaud du manteau terrestre monte jusqu'à la jonction des plaques, où il se solidifie au contact de l'eau et se sépare sur les flancs des dorsales en provoquant le déplacement des plaques tectoniques. Inversement, dans les grandes fosses abyssales, la matière retourne à ses origines. L'ensemble constitue un cycle sans fin entretenu par la chaleur du noyau. C'est également sur ces dorsales océaniques que l'on a découvert en 1977 à plusieurs milliers de mètres de profondeur des évents de fumeurs noires portées à 380°C, des endroits a priori inhospitaliers mais où vivent et foisonnent des vers Riftia d'1.80 m de longueur, des moules géantes et des poissons chemoautotrophes, une faune très particulière sur laquelle nous nous attarderons dans le dossier passionnant consacré à la faculté d'adaptation ainsi qu'en bioastronomie. Les océans représentent une extraordinaire source d'énergie. Celle-ci provient des propriétés de la molécule d'eau et de l'énorme quantité de chaleur échangée avec l'atmosphère. Les océans influencent le climat. Ils agissent comme un régulateur thermique, une sorte de “volant d’inertie” du fait que la température de l'eau fluctue comme l'atmosphère mais à un rythme plus lent, provoqué par son inertie. L'océan contient deux types de courants : des courants verticaux dits convectifs et des courants horizontaux, reliés entre eux par des courants qui remontent des profondeurs vers la surface et qui ferment le "tapis roulant. Les courants océaniques forment donc un circuit ininterrompu entraînés par les courants des profondeurs.
Les courants des profondeurs, froids et plus salés, sont appelés les courants thermohalins tandis que les courants moins profonds font partie de ce qu'on appelle la circulation thermocline. Le courant du Gulf stream de l'Atlantique Nord fait partie des courants thermohalins. Ainsi que l'explique le schéma présenté à droite, les eaux chaudes de surface (rouge) sont refroidies (bleu) en remontant vers le pôle Nord, deviennent plus salées, coulent au fond de l'océan en quelques heures où elles se propagent horizontalement jusqu'au pôle Sud où elles se divisent en deux courants avant de remonter vers l'océan Indien et le Pacifique. Perdant progressivement leur salinité, elles remontent en surface au large de l'Inde et de l'Alaska où elles se réchauffent et rebroussent chemin pour refermer le circuit. Il existe également un courant chaud autour du continent Antarctique. La vitesse des courants horizontaux oscille entre 0.2 et 0.3 m/s dans les courants équatoriaux et entre 0.5 et 1.5 m/s dans le Gulf Stream. Les océans transportent donc de la chaleur qui progressivement crée des microclimats et influence le climat global à long terme. Ce cycle se maintient au moins durant 1000 ans mais sa persistance varie en fonction des aléas des changements climatiques. C'est la raison pour laquelle, la fonte des glaces d'eau douce par exemple est susceptible d'interrompre ce tapis roulant, notamment le courant du Gulf Stream durant plus de 1000 ans, le temps que l'eau douce se dilue dans l'eau de mer et que les courants verticaux redémarrent, réenclenchant le tapis roulant pour un nouveau cycle. Un arrêt subit du Gulf Stream conduirait probablement l'Europe à connaître les rigueurs des hivers du Canada. L'économie de l'Europe septentrionale en serait profondément bouleversée.
Le phénomène El Niño et l'oscillation australe Les courants marins et principalement les courants verticaux sont très sensibles aux variations de température. Ainsi le phénomène "El Niño" consiste en un réchauffement de 2 à 3°C de la température de surface des eaux dans la partie orientale du Pacifique sud, là où il n'y a normalement pas de courant chaud. Ce phénomène provoque le réchauffement des côtes de l'Equateur et du Pérou entre décembre et février généralement. Ce réchauffement des eaux affecte les populations de poissons et peut interrompre une saison de pêche parfois durant 6 mois, de l'Amérique centrale jusqu'aux îles Galapagos. Ce réchauffement s'étend également horizontalement sur environ 8000 km à travers le Pacifique équatorial, jusqu'aux îles Christmas.
Selon la NOAA, entre 1960 et 2005, 10 El Niño ont affecté la côte sud américaine. Les plus doux n'ont augmenté la température de l'eau que d'1°C et la surface des eaux d'à peine 10 cm sur plusieurs milliers de kilomètres. Mais en 1982-1983 El Niño provoqua une élévation de 25 cm du niveau de la mer dans le Pacifique, donna naissance à 6 lacs au Pérou et provoqua une hausse de la température de l'eau de 5°C (22 à 27°C) ! Ce phénomène inhabituel entraîna une modification du climat à l’échelle planétaire. On observa des sécheresses et des feux de forêts plus fréquents en Australie, des orages en Californie méridionale et des inondations dans le sud des Etats-Unis. Les rythmes de la flore et de la faune marine furent également bouleversés. Le coût total pour la planète de cet El Niño a été estimé à plus de 15 milliards de dollars US ! Au début du XXeme siècle, le mathématicien anglais Sir Gilbert Walker, directeur général des observatoires météorologiques des Indes découvrit que la pression atmosphérique au niveau de la mer oscillant régulièrement dans le Pacifique sud entre un "indice haut" et un "indice bas", phénomène que Walker baptisa l'“Oscillation Australe”. Ainsi en novembre, la pression est plus élevée à l’est de Tahiti que plus à l’ouest. Cette différence de pression le long de l’équateur crée une circulation des masses d'air vers l’ouest. A d'autres époques, le phénomène inverse se produit : pression plus élevée à l'ouest de Tahiti, affaiblissement des alizés de surface et déplacement des masses d'air vers l’est. Cette phase d’indice bas est généralement accompagnée d'un El Niño.
A partir de 1957, le météorologiste norvégien Jacob Bjerknes, alors en poste aux Etats-Unis à l'UCLA, étudia le phénomène El Niño et découvrit quelques années plus tard un lien entre ce phénomène et le cycle de vie des tempêtes aux latitudes moyennes. Avant de nous quitter en 1975, il suggéra également que les températures de surface anormalement chaudes des eaux du Pacifique méridional sont reliées aux alizés faibles et aux fortes chutes de pluie qui accompagnent El Niño. En effet, lorsqu'un El Niño se produit, les alizés faiblissent et reculent dans l'est du Pacifique, permettant aux régions centrales du Pacifique de se réchauffer, tandis que les zones de pluie normalement confinées à l'ouest se déplacer vers l’est. Pour Bjerknes, l'El Niño et l’oscillation australe sont les deux composantes d’un même phénomène qu'on appelle aujourd'hui ENSO (El Niño / Southern Oscillation). Dernier chapitre
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