FONCTIONNEMENT ET LIMITATIONS DE L’ACTIVITÉ BIOLOGIQUE
209
Exercice d’application : estimation de la production biologique à partir de A17O
(Hendricks et al.^ 2004)
Dans la zone du front polaire de l’océan austral, on mesure dans les eaux de la couche mélangée les valeurs suivantes :
A17O= +51,0 per meg
[O2]/ [OJ531 = 1,03
A partir de la vitesse du vent, on estime que le vitesse du piston est = 5,0 m.j'1 (voir chapitre 8).
La température de l’eau est de 4,7 °C. L’épaisseur de la couche mélangée est h = 50 m.
Déterminez la production primaire et la production nette de matière organique dans la
couche mélangée. On supposera que le AI7O de l’oxygène diffusant depuis l’atmosphère est de
+ 8 per meg à cause des fractionnements lors de la diffusion dans le film stagnant. On négligera
les fractionnements isotopiques dépendants de la masse liés à la photosynthèse et à la respiration car ils n’affectent pas le A17O.
Réponses :
1) Production communautaire brute
Le A17O de l’oxygène dissous est intermédiaire entre celui de l’O2 photosynthétique et celui
de l’O2 atmosphérique. Les flux d’O2 photosynthétique et d’O2 atmosphérique sont donc à
peu près équivalents.
On utilise l’équation de bilan de la composition isotopique dans un système à l’état stationnaire (Chapitre 5, équation 5.21b).
kC)Rc -R) + s (R< -R) = 0
Ici, le flux entrant (F= kC) est la diffusion d’oxygène atmosphérique (F = vjh x [O2]“',
voir chapitre 6) et le terme source est la production communautaire brute (s = PCB). Il suit
que :
A17 O -A'7 O
PCB = v/h x [O2]“‘ x ,,0"
x p
phot
cni
Le terme p (densité de l’eau de mer = 1027 kg.nr3) apparaît pour convertir un flux intégré sur la couche mélangée exprimé en mmol.m'2. À 4,7 °C, [O,]5" = 320 mmol.kg 1 (voir
figure 2.8 du chapitre 2), en utilisant les autres valeurs données dans l’énoncé, on obtient :
PCB= 83 mmol.m’3.]'1
2) Production communautaire nette
O2 > O2“' : il y a une production nette d’CÉ (la photosynthèse domine sur la reminéralisation). À l’état stationnaire, cette production net doit être compensée par le flux d O2
quittant la couche mélangée.
PCN = ©p/Ax(O2-O2*)p
En utilisant les valeurs de l’énoncé, on obtient PCN = 0,96 mmol.m ’.j '.
Enfin, la production primaire peut être estimée à partir de la concentration en chlorophylle et de la quantité de lumière disponible pour la photosynthèse. Ce type d estimation
est Particulièrement important pour interpréter les données satellites de couleur de la mer
(voir section suivante).
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Exercice d’application : estimation de la production biologique à partir de A17O
(Hendricks et al.^ 2004)
Dans la zone du front polaire de l’océan austral, on mesure dans les eaux de la couche mélangée les valeurs suivantes :
A17O= +51,0 per meg
[O2]/ [OJ531 = 1,03
A partir de la vitesse du vent, on estime que le vitesse du piston est = 5,0 m.j'1 (voir chapitre 8).
La température de l’eau est de 4,7 °C. L’épaisseur de la couche mélangée est h = 50 m.
Déterminez la production primaire et la production nette de matière organique dans la
couche mélangée. On supposera que le AI7O de l’oxygène diffusant depuis l’atmosphère est de
+ 8 per meg à cause des fractionnements lors de la diffusion dans le film stagnant. On négligera
les fractionnements isotopiques dépendants de la masse liés à la photosynthèse et à la respiration car ils n’affectent pas le A17O.
Réponses :
1) Production communautaire brute
Le A17O de l’oxygène dissous est intermédiaire entre celui de l’O2 photosynthétique et celui
de l’O2 atmosphérique. Les flux d’O2 photosynthétique et d’O2 atmosphérique sont donc à
peu près équivalents.
On utilise l’équation de bilan de la composition isotopique dans un système à l’état stationnaire (Chapitre 5, équation 5.21b).
kC)Rc -R) + s (R< -R) = 0
Ici, le flux entrant (F= kC) est la diffusion d’oxygène atmosphérique (F = vjh x [O2]“',
voir chapitre 6) et le terme source est la production communautaire brute (s = PCB). Il suit
que :
A17 O -A'7 O
PCB = v/h x [O2]“‘ x ,,0"
x p
phot
cni
Le terme p (densité de l’eau de mer = 1027 kg.nr3) apparaît pour convertir un flux intégré sur la couche mélangée exprimé en mmol.m'2. À 4,7 °C, [O,]5" = 320 mmol.kg 1 (voir
figure 2.8 du chapitre 2), en utilisant les autres valeurs données dans l’énoncé, on obtient :
PCB= 83 mmol.m’3.]'1
2) Production communautaire nette
O2 > O2“' : il y a une production nette d’CÉ (la photosynthèse domine sur la reminéralisation). À l’état stationnaire, cette production net doit être compensée par le flux d O2
quittant la couche mélangée.
PCN = ©p/Ax(O2-O2*)p
En utilisant les valeurs de l’énoncé, on obtient PCN = 0,96 mmol.m ’.j '.
Enfin, la production primaire peut être estimée à partir de la concentration en chlorophylle et de la quantité de lumière disponible pour la photosynthèse. Ce type d estimation
est Particulièrement important pour interpréter les données satellites de couleur de la mer
(voir section suivante).