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GÉOCHIMIE MARINE
Les structures de la circulation à grande échelle décrites au chapitre 1 et la formation de
la couche de mélange hivernale ne sont pas les seules responsables de la remontée d’éléments
nutritifs dans les eaux de surface. Des tourbillons dont le rayon est de l’ordre de 50 km
(on dit qu’ils sont de méso-échelle) entraînent des variations de profondeur de la couche
de mélange océanique et de la thermocline qui permettent la réalimentation des eaux de
surface en éléments nutritifs. Ces structures fines sont longtemps restées hors de portée de
la modélisation. L’arrivée de modèle ayant une résolution spatiale au 1/9 de degré permet de
les prendre en compte à l’échelle d’un bassin océanique. Les simulations couplées physique/
biologie suggèrent que l’activité méso-échelle permet d’alimenter 30 % de la production
primaire dans les zones oligotrophes (Exercice d’approfondissement 4).
Il existe des zones où le pompage d’Ekman est dirigé vers le haut, mais où la quantité de
chlorophylle reste faible. Il s’agit notamment du nord du Pacifique et du Pacifique équatorial
où la productivité est bien plus faible que dans l’Atlantique aux mêmes latitudes et alors que
le pompage d’Ekman est dirigé vers le haut. De même dans l’océan austral, malgré un rotationnel du vent positif qui entraîne d’importantes remontées d’eaux profondes au niveau du
front polaire (voir chapitre 1), la chlorophylle est peu abondante. De plus, les mesures faites
durant les campagnes en mer montrent que les éléments nutritifs sont abondants dans les
eaux de surface. Ces caractéristiques leur ont valu l’acronyme de HNLC (high nutrient lovi
chlorophyll, c’est-à-dire riches en nutritifs et pauvres en chlorophylle). Nous reviendrons sur
l’origine de ces caractéristiques dans la section suivante.
7.5. La limitation par le fer
L’expérience montre qu’il suffit d’ajouter à de l’eau de surface fraîchement collectée
dans une zone HNLC une infime quantité de fer pour stimuler la croissance des algues et la
consommation de nitrate. C’est donc le fer l’élément limitant des zones HNLC. Pourquoi
le fer et pourquoi dans ces zones ? Le fer est un oligoélément utilisé dans de nombreuses
protéines impliquées dans le cycle de C (dont la photosynthèse) et N (notamment pour
la fixation de N,). Il est donc indispensable à l’activité biologique. Le fer est le quatrième
element le plus abondant sur les continents, mais la très faible solubilité de Fe3+ (qui est la
torme stable dans des eaux contenant de l’O2) en fait un des éléments les moins abondants
de 1 océan (Chapitre 1). Les zones HNLC sont donc des zones dans lesquelles les apports
de materiel continental sont très faibles. On peut visualiser le rôle crucial de ces apports
au voisinage d’îles volcaniques comme l’archipel des Kerguelen dans le secteur indien de
1 océan Austral où le fer apporté par l’érosion des laves produit un panache de chlorophylle
au beau milieu d’une zone HNLC (Figure 7.9).
Cette limitation a pris une importance particulière dans le cadre de l’évolution du climat.
Sur la base de la corrélation inverse trouvée dans la carotte de glace deVostok (Antarctique)
entre le contenu en poussières d’origine désertique et la concentration en CO, piégé dans
des bulles d air, il a été proposé que les faibles concentrations de CO, observées durant
GÉOCHIMIE MARINE
Les structures de la circulation à grande échelle décrites au chapitre 1 et la formation de
la couche de mélange hivernale ne sont pas les seules responsables de la remontée d’éléments
nutritifs dans les eaux de surface. Des tourbillons dont le rayon est de l’ordre de 50 km
(on dit qu’ils sont de méso-échelle) entraînent des variations de profondeur de la couche
de mélange océanique et de la thermocline qui permettent la réalimentation des eaux de
surface en éléments nutritifs. Ces structures fines sont longtemps restées hors de portée de
la modélisation. L’arrivée de modèle ayant une résolution spatiale au 1/9 de degré permet de
les prendre en compte à l’échelle d’un bassin océanique. Les simulations couplées physique/
biologie suggèrent que l’activité méso-échelle permet d’alimenter 30 % de la production
primaire dans les zones oligotrophes (Exercice d’approfondissement 4).
Il existe des zones où le pompage d’Ekman est dirigé vers le haut, mais où la quantité de
chlorophylle reste faible. Il s’agit notamment du nord du Pacifique et du Pacifique équatorial
où la productivité est bien plus faible que dans l’Atlantique aux mêmes latitudes et alors que
le pompage d’Ekman est dirigé vers le haut. De même dans l’océan austral, malgré un rotationnel du vent positif qui entraîne d’importantes remontées d’eaux profondes au niveau du
front polaire (voir chapitre 1), la chlorophylle est peu abondante. De plus, les mesures faites
durant les campagnes en mer montrent que les éléments nutritifs sont abondants dans les
eaux de surface. Ces caractéristiques leur ont valu l’acronyme de HNLC (high nutrient lovi
chlorophyll, c’est-à-dire riches en nutritifs et pauvres en chlorophylle). Nous reviendrons sur
l’origine de ces caractéristiques dans la section suivante.
7.5. La limitation par le fer
L’expérience montre qu’il suffit d’ajouter à de l’eau de surface fraîchement collectée
dans une zone HNLC une infime quantité de fer pour stimuler la croissance des algues et la
consommation de nitrate. C’est donc le fer l’élément limitant des zones HNLC. Pourquoi
le fer et pourquoi dans ces zones ? Le fer est un oligoélément utilisé dans de nombreuses
protéines impliquées dans le cycle de C (dont la photosynthèse) et N (notamment pour
la fixation de N,). Il est donc indispensable à l’activité biologique. Le fer est le quatrième
element le plus abondant sur les continents, mais la très faible solubilité de Fe3+ (qui est la
torme stable dans des eaux contenant de l’O2) en fait un des éléments les moins abondants
de 1 océan (Chapitre 1). Les zones HNLC sont donc des zones dans lesquelles les apports
de materiel continental sont très faibles. On peut visualiser le rôle crucial de ces apports
au voisinage d’îles volcaniques comme l’archipel des Kerguelen dans le secteur indien de
1 océan Austral où le fer apporté par l’érosion des laves produit un panache de chlorophylle
au beau milieu d’une zone HNLC (Figure 7.9).
Cette limitation a pris une importance particulière dans le cadre de l’évolution du climat.
Sur la base de la corrélation inverse trouvée dans la carotte de glace deVostok (Antarctique)
entre le contenu en poussières d’origine désertique et la concentration en CO, piégé dans
des bulles d air, il a été proposé que les faibles concentrations de CO, observées durant