Ex. 2 Les biomes polaires

Question 1

Cycle solaire extrême aux pôles

Answer 1

• Obscurité / Clarté de 24h aux latitudes supérieures à 66.5°
• Cycle moins prononcé dans l’océan austral (latitude plus basse)
• Influence la production primaire et l’activité des prédateurs visuels
• L’ensoleillement hivernal faible se combine au couvert de glace
Limitation de la quantité d’énergie disponible aux algues et plantes

Question 2

Géographie comparée avec l’océan Austal

Answer 2

 Océan polaire au nord vs. Continent polaire au sud
 L’océan arctique est plus froid que l’océan austral
 Mais ses terres périphériques sont plus hospitalières que l’Antarctique

Question 3

Quelles sont les mers principales dans l’antarctique

Answer 3

Weddell et Ross

Question 4

L’environnement physique de l’Arctique

Answer 4

2 bassins profonds:
• Canadien
• Eurasien

7 mers:
• Beaufort
• Chukchi
• Sibérie orientale
• Laptev
• Kara
• Barents
• Groenland

Question 5

Dimension humaine de l’Arctique et les enjeux à considérer

Answer 5

• La dimension humaine de l’Arctique
 Plus de 4 millions d’individus habitent l’Arctique
 105 000 habitants dans l’Archipel canadien (50% Inuit)
 Ressources marines = base sociale, culturelle et spirituelle

Enjeux à considérer
 Altérations de l’environnement
 Prévisibilité des conditions environnementales
 Accès à la ressource (incluant sécurité des déplacements)
 Changements dans la distribution et la condition des animaux
 Modernisation et développement économique

Question 6

Arctique: Glace saisonnière et pérenne

Answer 6

Minimum de septembre: glace pérenne
1 à 2 mètres
Maximum de mars: + glace saisonnière
3 à 5 mètres
Historiquement (en bleu), la partie
submergée de la glace atteignait
jusqu’à 4 m dans l’Arctique central
 Cette épaisseur de glace à diminué
de 1.3 m en moyenne depuis la fin des
années 1970

Voir diapo 8

Question 7

Océan Austral: glace de mer saisonnière

Answer 7

diapo 9

Question 8

Quelles sont les 3 banquises tabulaires majeures ?

Answer 8

Ross
Ronne-Filcher
Larsen C

 Dans l’Arctique les icebergs sont relativement
petits et non tabulaires
 se détachent des glaciers côtiers lors de leur
avancée dans la mer

Question 9

Effet des grands icebergs tabulaires sur les organismes

Answer 9

 En bloquant l’évacuation de la glace saisonnière, les grands
icebergs tabulaires retardent ou suppriment les floraisons de
phytoplancton en mer de Ross
appauvrissent le réseau alimentaire
 empêchent les manchots empereur de compléter leur voyage
alimentaire à temps  mortalité de milliers de femelles et de
nouveaux nés

Question 10

Étapes de formation de la glace de mer

Answer 10

1. Frasil
2. Glace en crêpe
3. Glace en crêpe agglomérée
4. Banquise jeune

Question 11

Apogée et déclin de la glace de mer

Answer 11

 La glace croit vers le bas et s’épaissit
progressivement durant l’hiver et le printemps
 La glace saisonnière s’épaissit jusqu’à la
fin Mai  atteint un maximum d’environ 2 m

Question 12

Albédo: un point crucial pour le climat

Answer 12

 L’albédo est la fraction de la radiation solaire
incidente réfléchie par une substance donnée
 0.00 = aucune réflexion (absorption totale)
 1.00 = réflexion complète (aucune absorption)
La quantité de radiation qui pénètre dans l’eau
ou le sol dépend de:
 Épaisseur & Compaction de la neige
 Épaisseur & Type de glace
 Nature & Biomasse du couvert végétal

Question 13

Rétroaction positive

Answer 13

• La glace et surtout la neige réfléchissent les radiations solaires vers l’espace
• Une perte partielle de la glace expose l’eau à l’atmosphère
• L’eau a un albedo très faible absorbe les radiations solaires et se réchauffe
• L’eau plus chaude fait fondre plus de glace et réchauffe l’atmosphère
 Ceci explique pourquoi les pôles sont très sensibles au réchauffement

Question 14

Perte de glace en Arctique

Answer 14

-11,5 % par décennie
Perte globale de 2,5 million km^2

Il y a beaucoup de variabilité naturelle dans la quantité totale et la
distribution spatiale de la glace de mer d’une année à l’autre

L’année 2007 a battu de loin tous les records précédents
 l’ouest du bassin canadien et les mers russes occidentales étaient
entièrement libres de glace en septembre
 le passage du Nord-Ouest était ouvert alors que le passage du
Nord-Est était partiellement bloqué

Question 15

Navigation, politique et environnement

Answer 15

Économie de temps et d’énergie

Accès aux ressources énergétiques

Question 16

Prévisions pour l’Arctique

Answer 16

 C’est le couvert de glace pérenne qui est atteint
 La glace est toujours présente durant l’hiver, mais elle :
- devient saisonnière
- se forme plus tard
- fond plus tôt

Diapo 21

Question 17

Changement dans l’âge de la glace

Answer 17

 Historiquement dans l'Arctique
central la glace multi-annuelle
atteignait jusqu’ à 4 – 6m !
 Aujourd'hui l'épaisseur de la glace
dépasse rarement 1.5 – 2m, sauf à
proximité de l'archipel canadien

Question 18

Communauté sympagiques

Answer 18

• Définition
Les communautés sympagiques sont composées :
 d’organismes dont le cycle vital dépend entièrement de la glace pérenne
 d’organismes qui utilisent la glace de façon épisodique ou occasionnelle

Les communautés associées à la banquise côtière (assujettie à la
côte en zone peu profonde) possèdent plusieurs traits communs
avec les communautés du fond
 Certaines espèces réalisent une partie de leur cycle vital dans la
glace et une autre sur le sédiment du fond

 Plusieurs organismes colonisent la glace lorsqu’elle se forme, soit :
- parce qu’ils s’y retrouvent coincés
- parce qu’ils y migrent activement
 D’autres organismes utilisent la glace plus tard dans l’année
 En région peu profonde plusieurs algues, bactéries et petits herbivores
vivant sur le fond durant l’été se retrouvent dans la glace durant l’hiver et
le printemps

Communautés interstitielles

a. Amphipodes
b. Turbellariens
c. Copépodes planctoniques
d. Copépodes harpacticoïdes
e. Nématodes

Question 19

Exemples d’utilisation de la glace de mer

Answer 19

Krill, gammarus wiltizkii, poissons de glace, morue arctique

Question 20

Antarctique: le krill

Answer 20

 Espèce clé des réseaux alimentaires (taille: jusqu’à 6 cm)
 Biomasse estimée à ~900 millions de tonnes
 Forme de larges essaims (450 km, 2 millions de tonnes)
 Les œufs coulent jusqu’au fond, les larves remontent pour s’alimenter sous
la glace au printemps.
 Pêcherie commerciale de ~100 000 tonnes par an (Japon et Russie)

Question 21

La morue Arctique

Answer 21

 Espèce clé dans le réseau alimentaire Arctique
 Petit poisson: taille adulte d’environ 30 cm
 Distribution circumpolaire (pêchée dans les mers russes)
 Optimum de température = [1 - 4º C]
 Fraie sous la glace en janvier-février
 L’incubation des œufs dépend de la température (50 à 160 jours)
 Les premières proies des larves seraient sympagiques
 Juvéniles et adultes s’alimentent surtout en milieu pélagique

Question 22

Cycle annuel dans l’Archipel Canadien

Answer 22

 Les algues de glace commencent à croître
en avril et atteignent un maximum à la fin mai
 Elle sont larguées durant la fonte
 Une date de fonte précoce peut supprimer
le développement des algues de glace et
devancer la floraison phytoplanctonique

diapo 33

Question 23

Réseau alimentaire arctique

Answer 23

 Les ours polaires n’hibernent pas
 seules les femelles gestantes entrent en
dormance dans une tanière
 La glace de mer n’est pas essentielle
à la reproduction, mais à l’alimentation
 Un ours ne consommera que la peau
et le gras du phoque annelé, laissant la
viande derrière (renard arctique)
 Il pourrait s’adapter au changement,
mais seul le phoque (ou le morse…) lui
procure une diète assez grasse pour
maintenir un poids «santé» (endothermie)
 Dans l’ouest de la Baie d’Hudson le poids
corporel moyen des femelles a diminué de
50 kg (sur 300kg = 17% de masse corporelle)

Question 24

Petite histoire de l’ours polaire

Answer 24

 5 populations majeures dans l’Arctique
canadien, chacune avec des effectifs de 1000
à 2000 individus
 On croyait que la chasse non-réglementée
était la principale source de difficultés chez
certaines populations
 L’accord de Norvège impose des quotas en
1973
 En 2005, le gouvernement du Nunavut
augmente les quotas de chasse car les
«effectifs sont en hausse»
Ces informations sont basées sur la présence
accrue des ours près des villages, mais celle-ci
est reliée à la fonte précoce et au manque de
nourriture
Nombre d’interventions
 « Bel » exemple de gestion déficiente…

Question 25

Quelques faits saillants sur les phoques annelés

Answer 25

 Le phoque annelé a besoin de la glace pour se nourrir ainsi que pour mettre bas  Avec ses griffes il peut maintenir des trous ouverts dans la glace (jusqu’à 2 mètres d’épaisseur)  A partir du milieu de l’hiver il laisse la neige s’accumuler sur les trous pour former un abri contenant une ou plusieurs galeries Protection contre le froid extrême et l’ours polaire  L’ours peut parfois sentir un abri et tentera de le trouver en sautillant sur la neige  Une seule population (mer d’Okhotsk) peut mettre bas sur la terre ferme, mais il est peu probable que l’espèce dans son ensemble résiste au changement…

Question 26

Réseau alimentaire Antarctique

Answer 26

 Espèces de baleines différentes de celles de l’Arctique  L’orque remplace l’ours comme prédateur au sommet  Le phoque (léopard) peut être un carnivore tertiaire  Les manchots remplacent largement les oiseaux marins  Le krill remplace en bonne partie les copépodes

Question 27

Défis et adaptations des organismes

Answer 27

 Températures inférieures au point de congélation organique  Obscurité totale l’hiver (photosynthèse et prédation visuelle)  Saison productive courte  Salinité extrême dans les canaux de saumure

Question 28

Salinités et températures extrêmes (glace)

Answer 28

Seules les espèces très tolérantes aux grandes variations ainsi qu’aux extrêmes de température et de salinité peuvent coloniser la glace

Question 29

Survivre à l’hiver polaire

Answer 29

 Les températures froides sont plus coûteuses pour les organismes endothermes que pour les ectothermes  Arrêt complet de la photosynthèse = pas d’énergie nouvelle pour le réseau alimentaire (croissance et reproduction)  Les endothermes comme les ectothermes sont affectés par l’absence de nourriture nouvelle en hiver  Prévenir le gel  Constitution de réserves énergétiques  Maintenir l’activité métabolique au minimum  Adaptations et stratégies : Le biome polaire est une réserve unique en terme de biodiversité

Question 30

Stratégies thermiques : Classification selon la source de | chaleur corporelle

Answer 30

 Ectothermes: Animaux produisant peu de chaleur métabolique et possédant une forte conductance thermique (= « mal isolés »)  la température corporelle est déterminée par la température ambiante  Endothermes: Animaux produisant beaucoup de chaleur métabolique et possédant une faible conductance thermique (= « bien isolés »)  la température corporelle maintenue dans une fenêtre optimale est déterminée par la production de chaleur produite par l’organisme lui-même Ectothermes  I: colonisation des écosystème dont la température est supportable pour l’organisme  A & I : processus métaboliques fonctionnels lorsque température le permet  A: faible dépense énergétique car pas de thermorégulation  I: performances physiques inférieures (résistance/endurance)  A : résilience face à une faible quantité et fréquencedenourriture Endothermes ``` A: colonisation de tous les mlieux  A: processus métaboliques fonctionnels en tout temps (indépendamment du milieu)  A: performances physiques supérieures  A: Reproduction interne ou chaleur parentale  I: forte dépense énergétique en lien avec la thermorégulation  I : besoin régulier de nourriture ```

Question 31

Point de congélation

Answer 31

 Danger potentiels: formation de cristaux de glace, rupture des cellules  mortalité Il est probable que certaines espèces du sud puissent envahir un Arctique plus chaud, mais elles devront quand même aussi pouvoir survivre aux hivers rigoureux  Certains organismes de la banquise ou marins de surface possèdent des composés antigels (protéines) qui inhibent la croissance des cristaux de glace  En profondeur la température se trouve souvent au dessus du point de congélation organique  Plusieurs organismes migrent dans ces zones profondes durant l'hiver

Question 32

Reproduction: deux stratégies principales

Answer 32

Reproduction dépendante des réserves de lipides ex: Calanus hyperboreus • Réserve de lipide = survie hivernale + reproduction • Oeufs relâchés en profondeur de janvier à avril • Leur flottabilité positive les amène en surface • Lipides = première source d’énergie  Reproduction dépendante de la nourriture ex: Calanus Glacialis • Réserve de lipide = survie hivernale seulement • Reproduction requiert alimentation le plus tôt possible au printemps (glace) • Oeufs relâchés en surface en mai & juin

Question 33

Dynamique des glaciers en milieu côtier

Answer 33

```  L’eau stockée dans les glaciers est équivalente à 8 m (7 m au Groenland) d’eau répartie dans l’ensemble des océans  Un glacier rétrécit si les pertes dues à la fonte et à l’écoulement vers la mer excède les gains par précipitation c’est le cas de la majorité des glaciers de l’Arctique  La fonte des glaciers de l’Alaska compte pour la moitié du retrait global des glaciers  La dynamique d’écoulement vers la mer est la principale source d’incertitude ```

Question 34

Anomalies: Fonte des glaciers

Answer 34

 Source majeure d’eau douce pour la surface de l’océan  Glaciers nord-américains: perte d’environ 500 km3  Affecte la stratification verticale (densité) et la circulation thermohaline

Question 35

Calotte glacière groenlandaise

Answer 35

 Source majeure d'eau douce pour la surface de l'océan  Glaciers nord-américains: perte d'environ 500 km3  Affecte la stratification verticale (densité) et la circulation thermohaline

Question 36

Glacier alpins

Answer 36

Suivi scientifique de 30 glaciers alpins dans 9 régions du monde -15,5 m Voir diapo 50

Question 37

La circulation thermohaline

Answer 37

Circulation océanique résultant du déplacement vertical de l'eau suite aux différences de densité causées par les variations de température et de salinité • Mécanismes de contrôle 1- Échanges de chaleur avec l'atmosphère 2- Formation de la glace de mer 3- Évaporation et dilution des eaux de surface

Question 38

Le grand tapis roulant océanique

Answer 38

•Au sud-est du Groenland et en mer du Labrador le refroidissement et la formation de glace augmente fortement la densité des eaux, qui plongent jusqu'au fond et s'écoulent vers le sud •Ceci engendre un appel d'eau en surface (comblé par les eaux chaudes du sud) •Dans le Pacifique nord et l'océan indien, la circulation induite par le vent et la bathymétrie fait remonter les eaux profondes vers la surface

Question 39

Baisse de température et solubilité des gaz

Answer 39

Résultat net • stockage de CO2 dans l'océan sous forme de bicarbonate • oxygénation de l'océan (serait anoxique sans ce phénomène)

Question 40

Entreposage océanique du CO2 anthropique

Answer 40

Environ 48% dans l'océan global |  Environ 25% dans l'Atlantique Nord

Question 41

Hausse de température et solubilité

Answer 41

Résultat net * Perte de CO2 océanique et accumulation dans l'atmosphère * Désoxygénation progressive de l'eau

Question 42

Circulation thermohaline & Réchauffement

Answer 42

Diapo 57