cours 1 Flashcards
Composition chimique générale de l’eau
liquide, espèces dissoutes, gaz dissous et solides
Composition chimique générale de l’eau: % liquide de la masse de l’eau de mer
eau = 97% de la masse d’eau de la mer
Composition chimique générale de l’eau: espèces dissoutes
soluté inorganiques MAJEURS (concentration plus d’un 1 ppm)
soluté inorganiques MINEURS (concentration moins d’un 1 ppm)
soluté organiques
Composition chimique générale de l’eau: gaz dissous
gaz inertes (ar, xe)
gaz réactifs (02, co2)
Composition chimique générale de l’eau: solides
matière ORganique en suspension (débris d’organismes)
matière INorganique en suspension (minéraux)
Classification des phases particulaires ou dissoutes
matière particulaire:
retenue par un filtre de 0,45 micromètre de porosité (0,1-0,7)
matière dissoute: la matière passent au travers un filtre de 0.45 (0.1-0.7)
micromètre de porosité.
Le cycle des matériaux dans l’océan (diapo 5): entrée et sortie et recyclage
principaux apports: rivières
autres apports: déposition atmosphérique, sources hydrothermales, soulèvement tectonique
principale sortie: sédimentation
autres sorties: transport vers l’atmosphère, réactions hydrothermales et subduction par mouvement tectonique
Évolution de l’océan selon concentration: nom des états
Au début de l’évolution de l’océan, les apports étaient plus grands ou plus petits que la sortie, donc état non stationnaire (concentration fluctue)
a un certain moment, la concentration devient stable car lapport de matériaux est egale a la sortie donc devient en etat stationnaire
recyclage des matières dans l’océan en zone euphotique et deux reactions
photosynthèse et oxydation bactérienne
la matière inorganique dissoue
(nutriments, CO2 et métaux)
permettent la photosynthèse car servent de nourriture a MOP
matière organique particulaire (phytoplancton, zooplancton, poisson, mammifère)
Les bactéries oxydantes, notamment celles du groupe des bactéries nitrifiantes et sulfato-réductrices, décomposent la matière organique en oxydant des composés comme les nitrates, les sulfates et d’autres substances. Ce processus libère des éléments nutritifs tels que le phosphore, l’azote et le soufre sous forme inorganique.
décrire la circulation océanique mondiale
La circulation profonde débute dans l’océan atlantique, puis l’océan antarctique du nord au sud, puis l’océan indien et puis l’océan pacifique nord au sud
cette circulation profonde se mélange a la matière particulaire (MP) de la surface a la circulation profonde qui donne l’effet de upwelling incluant la matière dissoute (MD)
il y a donc une accumulation constante de l’atlantique nord au pacifique
quel est le temps de mélange des océans
1000 ans
(cycle de source deau de l’atlantique vers océan pacifique nord)
autre nom de la circulation océanique mondiale
circulation thermohaline mondiale
ou
the great ocean conveyor belt
expliquer le temps de résidence théoriquement avec la formule
temps moyen qu’un composé est retenu dans l’océan avant qu’il soit remplacé par un apport
dépend donc de son activité chimique et ou biologique
t définit comme t = A/Q = A/R
Q: taux d’apport (masse/an)
A: masse totale dans l’océan pour un élément donné
R: taux de sortie (masse/an)
a l’état stationnaire, Q = R, ou dA/dt = Q - R = 0
matière dissoute (MD) en mer vs rivière
ions principaux
en mer:
Na 468 mmol kg-1
Cl 546 mmol kg-1
en riviere
Ca 0,38 mmol kg-1
HCO3- bicarbonate 0,96 mmol kg-1
temps de résidence explication avec croute terrestre
le taux d’élimination du soluté et non son abondance dans la croute terrestre qui contrôle sa concentration dans l’océan
ex: fer peu présent dans la croûte, mais ne s’accumule pas beaucoup dans l’océan a cause de son temps de résidence
le Cl est le 21e plus abondant dans la croute, mais le plus abondant dans l’océan car haut temps de résidence
pourquoi certains éléments sont enlevés de la colonne d’eau plus rapidement? (MD)
le pH normal de l’océan est 8
le Fe(OH)3 hydroxyde de fer est peu soluble dans l’eau, car il a un pH similaire a l’eau
ce qui entraîne une précipitation rapide du fer sous forme de particules solides
Nommer les 6 éléments qui représentent 99% de la masse totale de sel dissous
Chlorure Cl- : 19.20 g
Sodium Na+: 10,62 g
Sulfate SO42-: 2,66 g
Magnésium Mg2-: 1,28 g
Calcium Ca2+ : 0,40 g
Potassium K+ : 0,38 g
Autres: 0,25 g
Composition de l’eau de mer selon l’abondance
Constituants majeurs : déterminent la salinité
Constituants mineurs : intervention mineure dans la salinité, mais rôle majeur dans l’environnement océanique tel que dans les réactions et échanges biochimiques (ex : fer)
Attention : discriminer la forme chimique, ions, gaz et éléments particulaires
La nature conservatrice des ions majeurs vs non conservatifs
Constituants conservatifs :
on les retrouve en proportion constante, long temps de résidence jusqua 10^8 ans, matériaux dissous les plus abondants de l’océan, tres bien mélangés et en fortes concentrations
constituants non conservatifs : court temps de résidence ( moins de 10 x temps de mélange des océans), associés avec cycles saisonniers et transformations biologique/ chimiques ou a des cycles géologiques courts, mal mélangés et présents en plus faibles concentrations
Exceptions a la loi des proportions constantes :
Mer marginale et estuaire : proportions d’ions dans les rivières et mers marginales sont significativement différentes de celles retrouvées dans les eaux de la haute mer. La décharge des rivières peut avoir un impact local sur les proportions des ions dans les eaux côtières. On trouve souvent des variations importantes de concentrations entre la salinité de 2-15
Différence
Na/K : océan 45,6 vs riviere 6
Mg/ca: 5,22 / 0,42
Na/ca: 45,9/ 0,8
Camg/hCO3: 26,64/ 0,59
estuaire = endroit ou se mélange l’eau douce avec l’eau de mer
sa concentration peut changer beaucoup, car composition chimique des rivieres et eau de mer sont tres différentes
Décrire la loi des proportions constantes (the law of constant proportions)
Un élément de l’eau de mer est conservatif si le ratio de sa concentration a la salinité (chlorinitè) est constant, bien que sa concentration puisse varier d’un endroit a l’autre dans l’océan
Le ratio d’un élément conservatif a un autre élément conservatif sera également constant
Les ions majeurs suivent donc la loi des proportions constantes (the law of constant proportions)
Les éléments conservatifs sont conservatifs puisqu’ils ont une très faible réactivité chimique et biologique et leurs distributions a l’intérieur de l’océan ne sont déterminées que par le mélange physique
Qu’est ce que la chlorinité
Masse (g) des halogènes contenus dans un kg d’eau de mer, les ions Br- et I- étant remplacés, nombre par nombre, par des ions Cl-
Exception a la loi des proportions constantes: évaporites
formation d’évaporite lorsque l’apport en eau est plus petite que la sortie d’eau (les salières ou le sel est produit)
évaporation est plus grand que l’apport d’eau, donc concentration des ions majeurs est plus grand que leur solubilité, donc précipitent et deviennent des sédiments en prfondeurs
ex: CaCo3, CaMg(CO3)2 dolomite, CaSo42H20 (gypsum), Nacl
Exception a la loi des proportions constantes: lister les phénomènes
mer marginale et rivière
évaporite
cheminées hydrothermales
Exception a la loi des proportions constantes: cheminées hydrothermales
définition
les bassins océaniques sont parcourus par des chaines de montagnes sous-marines (dorsales océaniques).
les cheminées sont situées sur les dorsales océaniques, car il y a plus fractures a cet endroit du aux mouvements plaques tectoniques
Ces cheminées se développent lorsque l’eau de mer, pénétrant dans les fissures du fond marin, est chauffée par le magma sous-jacent, ce qui la fait ressortir chargée de minéraux dissous. En atteignant l’eau froide de l’océan, ces minéraux précipitent et forment des colonnes rocheuses, appelées cheminées.
Fumeur : Un “fumeur” est un type spécifique de cheminée hydrothermale. Il peut être qualifié de fumeur noir ou fumeur blanc, selon les types de minéraux et d’éléments chimiques éjectés.
Fumeur noir : Produit des panaches de particules sombres, riches en sulfures métalliques comme le fer et le soufre, qui donnent à l’eau une couleur noire.
Fumeur blanc : Émet des panaches plus clairs, souvent composés de silicates et de composés de calcium et baryum, donnant un aspect blanchâtre.
Exception a la loi des proportions constantes: cheminées hydrothermales composition
Li, K., RTb, Ca, Ba Mn et Si élevé dans le fluide hydrothermales du Galapagos vs Mg et So42- faible dans ce fluide hydrothermale
Est-ce que il y a une méthode relativement simple pour distinguer
l’effet du mélange physique de les effets des processus biogéochimiques?
Pour déterminer si un élément de réactivité inconnue est conservatif ou non pendant le mélange estuarien est de le tracer par rapport a un autre élément conservatif ou propriété conservative comme salinité
explication du graphique de mélange: identification de la réactivité
les graphiques de mélange montrent la ligne de dilution théorique LDT qui joint les concentrations de propriété observée initialement dans les eaux qui se mélangent
cette ligne donne une droite qui décrit un comportement conservatif et non réactif (ex: Na+, k+, Ca+ et So42-)
Si les données mesurées dans les eaux mélangées dévient de cette droite, on observe un comportement non conservatif qui montre que la propriété subit des transformations (elle est réactive)
si la donnée mesurée est au dessus de la LDT, il y a un ajout vs si elle est en dessous, il y a un processus d’enlevement
la concentration est observée toujours dans le sens de la rivière a l’océan
utilité des graphiques de mélange lors d’identification de la réactivité d’un mélange estuarien
indique
si une substance dissoute est réactive ou non dans un estuaire
la direction dans laquelle la substance est affectée (gain ou perte)
indiquent la région de l’estuaire ou se produit les processus (zone de faibles, moyennes ou fortes salinité)
limitation du graphique de mélange
n’indiquent pas le pourquoi et la nature des réactions biogéochimiques qui affectent le paramètre
hypothèse du graphique de mélange pour mieux interpréter le graphique
système considéré a l’état stationnaire (endmembers fluviaux et marins ne change nt pas avec le temps)
système simple a une boite (une entree et sortie)
un seule source marine et une seule source terrigène
formule pour le graphique de mélange
C* = concentration prévue de fortes salinité (entre 30 et 40) si le composé était conservatif
Co= endmembre de la riviere
C* - Co = montant éliminé ou ajouté
exemple conservatif ou non graphique de mélange
estuaire TAMAR
conservatif ( eau de mer est plus grand que eau douce)
Aucun ajout ni enlevèment, droite LDT
une portion dans le TAMAR est non conservatif (ajout et enlevement ala fois) selon la region
fjord du Saguenay est non conservatif, car il y a de l’enlevement
la donnée est en dessous du LDT,
meme chose pour rhone river en france mais ajout
profil type conservatif des solutés inorganiques dissous
constant d’un endroit et a un autre et constant selon la profondeur
décrire les différents profils verticaux des éléments chimiques dans l’océan
profil type conservatif des solutés inorganiques dissous
profil scavenging
profil scavenging de solutés inorganiques dissous
métaux-traces montrant ce type de profil se caractérisent par enrichissement en surface et une déplétion avec la profondeur
présentent des entrées de matières a partir de l’atmosphere, des rivieres ou de la terre et les éléments sont rapidement enlevés de l’eau de mer
temps de résidence tres court (une centaine a un millier d’années)
éléments ayant plusieurs états d’oxydation, donc élements solubles peuvent devenir insoluble s’ils sont oxydés
profil d’éléments nutritifs
épuisement de l’élément en surface et un enrichissement en fonction de la profondeur
éléments enlevés des eaux de surface par le plancton ou par la production de matière organique et éléments regénérés dans les eaux plus profondes lorsque la matière organique produite est oxydée par les bactéries
les métaux traces nutritifs sont peu affectés par le scavenging dans l’océan profond et leurs concentrations vont augmenter tout au long du trajet des eaux et leur vieillisement au sein de la circulation thermohaline globale
profil avec un maximum a mi profondeur
lié a une cheminé hydrothermale: exemple du manganèse dans l’océan pacifique
concentration faible sauf a une profondeur précise
définition des solides et composition
matériel retenu par filtre de 0,45 um de porosité
composition de la matiere particulaire en suspension (MPS)
trois sources principales:
- apports terrigènes (apport fluviaux et apports atmosphériques)
-apports issus de la production primaire
-resuspension des sédiments
distrubution de la MPS dans les milieux marins dans le cas de l’estuaire du St-Laurent
voir graphique d43 selon couches: superficielle, intermédiaire et profonde
profil vertical moyen des concentrations de matières en suspension dans la colonne d’eau de l’estuaire maritime
couche de surface enrichie en production primaire, apports fluviaux et apports atmosphériques
couche intermédiaire pauvre
couche profonde enrichie (remise en suspension)
la distribution de la MPS dépend de la nature des particules et dynamique environnementale
distribution de MPS dans les milieux marins: concentration en MPS dans l’estuaire du St-Laurent par télédétection
MPS dans l’estuaire moyen plus élevé que dans l’estuaire maritime et golfe grâce a l’apport des rivières
la distribution est très hétérogène dans l’estuaire maritime et golf, plus élevé près de la côte qu’au large de la côte grâce a l’apport des rivières
take home messages composition chimique de l’océan vs rivière
La composition chimique de l’eau de mer (principalement Na+, Cl-)
est très différente de celle de l’eau de rivière (principalement Ca2+ et
HCO3
2-) en concentrations absolues et en concentrations relatives.
take home messages
temps de résidence
temps de résidence (réactivité biogéochimique), au lieu de
l’abondance dans la croûte terrestre, qui contrôle principalement la
concentration d’un élément dans l’océan.
take home messages
graphique de mélange
Les proportions d’ions majeurs dans l’eau de mer sont constantes.
* Le graphique de mélange permet de déterminer si un élément est
conservatif lors de son transit dans un estuaire
take home message profil vertical
Chaque profil vertical raconte une histoire sur les sources, les puits
et/ou la réactivité biogéochimique d’un élément dans l’océan
