Ex.2 Biomes et écosystèmes aquatiques Flashcards
Quels sont les écoservices aquatiques où l’ont peut tirer un revenu et où des emplois y sont associés ?
Pêche et aquaculture (source de prots)
Hydroélectricité, marée (énergie)
Loisirs
Quels sont les facteurs qui structurent les écosystèmes aquatiques ?
Propriétés physiques de l'eau Solubilité des gaz vitaux Atténuation de la lumière Vents dominants Latitude
Propriétés physiques de l’eau
Explication solubilité de l’oxygène
Explication solubilité du CO2
L’eau conduit la chaleur 24 fois plus efficacement que l’air (organismes marins ectothermes)
Il faut 5 fois plus d’énergie pour élever la température de l’eau à 1 C que l’air
L’eau requiert beaucoup d’énergie supplémentaire pour passer de solide à liquide (fusion) et de liquide à vapeur (vaporisation)
La solubilité d’O2 varie inversement avec la température
Hypoxie –> pas assez d’O2
Anoxie –> Manque d’O2
Le CO2 est 23 fois plus soluble que l’O2 dans l’eau
La solubilité du CO2 varie inversement avec la température
S’il y a un ajout de CO2 causé par la diffusion (atmosphère), la baisse de la température, augmentation de la respiration/décomposition
Le pH va diminuer ce qui cause une acidification
Le système compense partiellement la diminution du pH en formant du bicarbonate à l’aide des réserves de carbonate (EFFET TAMPON)
Que cause l’ajout de CO2 dans l’eau ?
le pH diminue
Comment se propage le son dans l’eau ?
Le son se propage environ 4.5 fois plus vite (1.5 km/s) dans l’eau
que dans l’air
Comme la lumière est limitée à la couche supérieure de l’eau,
certains mammifères marins qui se déplacent rapidement utilisent
le son (écholocation ou biosonar) davantage que la vue
Mécanoréception ?
Perception des mouvements de l’eau pour attraper une proie, localiser un courant, éviter un prédateur ou une collision
Les conséquences de la densité de l’eau pure
Conséquences
L’eau chaude « flotte » sur l’eau froide (comme l’huile sur l’eau)
L’eau froide a tendance à couler en déplaçant l’eau chaude
La glace flotte sur l’eau (isolation)
La stratification thermique dans un lac
Thermocline ?
Épilimnion (densité -)
Métalimnion
Hypolimnion
(densité +)
La thermocline agit comme une barrière physique
et limite les échanges de gaz et de nutriments
Cycle de la chlorophylle et des nutriments dans l’épilimnion
diapo 12
Effet du phosphore sur la productivité d’un lac et les cyanobactéries
Plus il y a de phosphore, plus il y a de phytoplancton
Importance du rapport azote:phosphate
Sources terrestres «normales»: les nutriments sont introduits dans les tributaires ou directement dans le lac par ruissellement et illuviation
- Les terres arables et la forêt confèrent à l’eau des rapports N:P élevés
(> 30) car le sol retient moins bien le nitrate (lessivage) que le phosphore
Agglomération urbaine, pâturage ou élevage intensif d’animaux de
boucherie:
- Les déchets humains et animaux sont beaucoup plus riches
en phosphore qu’en azote, conférant un rapport N:P faible (< 10) à l’eau
La majorité des espèces “utiles” de phytoplancton requièrent un
rapport N:P de 16
o Lorsque N:P est > 30, le P est épuisé en premier dans l’épilimnion
Comme toutes les algues ont besoin de P, la photosynthèse s’arrête
La productivité des lacs intacts est limitée en P
oLorsque N:P est < 10, le N est épuisé en premier dans l’épilimnion
La photosynthèse s’arrête pour la plupart des algues, mais pas pour
les cyanobactéries, qui peuvent fixer l’azote gazeux de l’atmosphère
Cycle de l’O2 dans un lac tempéré
diapo 16
- Lac oligotrophique = peu de nutriments, PP faible, légère hypoxie
- Lac eutrophique = riches en nutriments, PP forte, anoxie possible
Consommation d’O2
par la respiration et la
décomposition
L’anoxie en milieu marin côtier
Charge sédimentaire = excès de matière organique
Comme la production primaire à la base de cette matière organique n'est que partiellement locale, la consommation d'O2 par décomposition n'est pas compensée par la production photosynthétique d'O2
Décomposition = déficit net d’O2
Les déserts anoxiques - Mortalité massive des organismes peu mobiles ou vivant sur le fond (ex: moules, crustacés) - Émigration des autres organismes - Le déboisement et l'érosion des sols produit le même résultat dans les rivières et fleuves tropicaux (ex: Amazone)
Algues toxiques & nuisibles
- Toxiques
Production active de substances toxiques pour d’autres organismes
(ex. humain)
Généralement causées par les dinoflagellés (vs cyanobactéries)
Les mollusques agissent souvent comme vecteurs
Les algues toxiques se répandent partout dans le monde
Intoxication Paralysante par les mollusques (IPM)
Le mollusque acquière les toxines du dinoflagellé
Symptômes: picotements, engourdissement, arrêt respiratoire
- Nuisibles
Résultent souvent de la production de fortes biomasses
(causes naturelles ou anthropiques)
Effets négatifs causés par la structure, la texture, l’apparence ou
l’odeur des algues
Les cas sévères causent l’anoxie ou l’asphyxie directe
Effets directs: exemple de Phaeocystis
Très fréquent dans l’hémisphère nord, surtout
dans l’Atlantique (problème sérieux en Mer du
Nord)
Dégradation du littoral, effets négatifs sur
l’écosystème et le tourisme (odeurs)
Colonies peu accessibles pour le zooplancton,
car elles flottent en surface où les bactéries les
décomposent
Effondrement temporaire du réseau alimentaire
Colmate les filets de pêche
Effets indirects sur les autres organismes
Bloquent la lumière nécessaire aux plantes submergées (Varech)
La plupart de ces algues sont “évitées” par le zooplancton et sont
décomposées par les bactéries (déficit d’oxygène)
Mortalité massive de poissons et crustacés commerciaux surtout
reliée à l’anoxie, mais aussi à l’effondrement du réseau alimentaire
Le sel dans les océans
Les variations en salinité en surface sont dues à quoi ?
Six constituants majeurs comptent
pour 99,3% des sels de mer
Les principaux sont le chlore (Cl-) et le sodium (Na+)
- apport d’eau douce (fleuve)
- précipitations
- évaporation
- glace: formation et fonte
La densité augmente lorsque la température diminue
La densité augmente lorsque la salinité augmente
La salinité a une très forte influence sur la densité
Les grands courants océaniques
La circulation induite par le vent
Force de Coriolis
• La force du vent entraîne le déplacement de la
couche supérieure de l’océan
• Les couches d’eau sous-jacentes offrent une
résistance (friction) et l’effet du vent s’atténue puis
disparaît avec la profondeur
• La direction du courant qui en résulte n’est pas la
même que celle du vent, elle est influencée aussi
par la rotation de la terre
• Dans certaines conditions les mouvements d’eau
horizontaux entraînent des mouvements verticaux
qui complémentent la circulation thermohaline
La direction du courant résultant est à 90°:
à droite du vent dans l’hémisphère nord
à gauche du vent dans l’hémisphère sud
(si le relief du fond n’intervient pas)
Les grandes zones de vent
- Vents alizés (trade winds, vents d’est) (droite vers gauche) (USA, amérique centrale et grand partie amérique sud, Afrique, Asie, Australie
- Vents d’ouest (westerlies) (gauche droite) (le reste)
Diapo 31
Le plus grand courant marin
Gyre
Le plus grand dépotoir global (« 7ème continent »):
- déchets divers
- plastiques non bio-dégradables
Les animaux utilisent les courants océaniques exemple
La population de la tortue caouanne (loggerhead)
La population du Pacifique Nord effectue de très longues migrations
entre les aires de ponte (plages du Japon) et les aires d’alimentation
principales (côtes de Californie)
Elles utilisent les courants de la gyre nord pacifique pour
économiser leur énergie
Les 3 grands biomes océaniques
- Biome des vents Alizés
- Biome des vents d’ouest
- Biome polaire
Cycle annuel des nutriments
Les nutriments augmentent en hiver et au printemps et sont consommés en été et en automne
Le biome des alizés
Les récifs de corail
- Connu aussi sous le nom d’océan tropical (45% de l’Océan)
- Ensoleillement illimité toute l’année
- Zone de mélange stable et stratification thermique permanente
- Productivité généralement faible (peu de nutriments en surface)
- Réseau alimentaire complexe et de faible efficacité
- Plus grande réserve de biodiversité marine (surtout poissons)
• Réseau alimentaire type du biome des alizés (au large) Pico et nano phytoplancton - (flagellés, cyanobactéries) - microzooplancton (protozoaires) - macrozooplancton (copépodes) - mégazooplancton (chétognathes) - Poissons zooplanctivores - Prédateurs piscivores (thon, calmar)
Basé sur phytoplancton très petit = nanoplancton (tailles : ~ μm)
6 maillons alimentaires en moyenne
< 0.01% de la PPN atteint les petits poissons zooplanctivores
Coraux:
Source de protéines pour l’économie locale
Nourricerie pour les poissons juvéniles
Protègent les côtes de l’érosion (vagues)
Tourisme, récréation et emplois associés
Médicaments (cancer, antibiotiques, antiviraux)
Matériau de construction (e.g. Maldives)
Les récifs coraliens en général et les constructeurs de récif
Les coraux sont des animaux invertébrés carnivores (se nourrissent de zooplancton, petits poissons) apparentés à la méduse
- Les Zooxanthelles (dinoflagellés symbiotiques)
Algue unicellulaire pouvant vivre en symbiose avec un polype (ou certains mollusques et méduses) Le dinoflagellé procure de la matière organique et de l'O2 au polype tandis que ce dernier procure des nutriments et du CO2 au dinoflagellé
- Les constructeurs de récif
Tous les coraux ne sont pas des constructeurs de récifs, seuls
quelques groupes synthétisent le carbonate de calcium
L’ordre des scleractiniens (coraux rocheux) inclut la plupart des
espèces responsables de la formation des récifs de coraux
- Tous sécrètent un squelette de carbonate de calcium
- Presque tous possèdent des zooxanthelles
L’habitat des récifs de corail
Support dur (roche ou substrat artificiel – épave etc.)
Salinité supérieure à 30 ‰
Eaux très claires (faible atténuation de la lumière)
il ne doit pas y avoir beaucoup de particules (phytoplancton, sédiment)
près de la surface
Faible profondeur (max. 50 m) pour que la lumière soit suffisamment
abondante pour la photosynthèse des dinoflagellés symbiotiques
Croissance et reproduction possibles seulement lorsque la température
de l’eau est supérieure à 20oC
En général, les températures de croissance optimales sont proches
des températures létales
La limite supérieure de température varie entre 30 et 35 oC selon le type
de corail
Le réseau alimentaire du réseau-alimentaire (indo-pacifique)
Réseau alimentaire (Caraïbes)
De ces récifs coraliens
La majorité des consommateurs (vers, crabes etc.) prélèvent des
petits morceaux de la colonie, qui se régénère ensuite
Deux prédateurs peuvent faire de grands dommages:
- certains poissons
- l’étoile de mer « couronne d’épine » (Acanthaster), peut anéantir
des sections complètes de récif (8 km2
en 1 an!).
Les proliférations d’Acanthaster sont reliées à la surexploitation de
ses rares prédateurs (cascade trophique), à l’eutrophisation ainsi qu’à
des causes cycliques (encore méconnues)
Caraïbes
Les grands prédateurs de coraux comme Acanthaster sont très rares
sur les récifs atlantiques
Dans plusieurs parties des Caraïbes les stocks de poissons herbivores
ont été surpêchés
remplacés par des oursins qui contrôlait la croissance des algues
ceci a conduit à la disparition presque totale de plusieurs récifs,
notamment en Jamaïque où l’on retrouve maintenant presque
exclusivement des forêts d’algues
En 1983 une maladie inconnue a décimé les populations d’oursins,
laissant le champ libre à la croissance des algues sur les récifs
L’écologie des poissons sur les récifs
La plus grande richesse de poissons de récifs se trouve dans l’indopacifique
- il y a une décroissance dans toutes les directions autour de ce centre
- 1 seul récif peut contenir jusqu’à 2000 espèces de poissons (Philippines)
cette diversité est en grande partie liée à la diversité des coraux et à
l’hétérogénéité d’habitat qui en résulte (niches écologiques variées)
La productivité primaire annuelle des récifs coraliens
de 1500 à 3700 g C/m^2
Les récifs de corail sont l’équivalent marin de la forêt tropicale humide, à la fois en terme de productivité et de biodiversité
Qu’est-ce qui menace les récifs ?
Chalutage Développement côtier Déboisement Agriculture Pêche illégale Récolte, tourisme Blanchiment Acidification
Le blanchiment dans les récifs coraliens
Lorsque la température augmente au-delà de la gamme “normale” pour
un récif
El Niño, rejets industriels, marées basses extrêmes, réchauffement
climatique
Les polypes “expulsent” leurs symbiontes et perdent leur coloration
les pigments des dinoflagellés sont en grande partie responsables de la coloration
les polypes restants sont à peu
près transparents, laissant
entrevoir la couleur blanche du
carbonate de calcium
Acidification et décalcification des récifs
La baisse du pH entraîne un déficit de carbonate
Le déséquilibre entraîne la dissolution spontanée
du carbonate de calcium (constituant des récifs)
Biome des vents d’ouest
- Couche de mélange variant selon les saisons (zone tempérée)
- Ensoleillement limité durant l’hiver
- Le mélange hivernal apporte beaucoup de nutriments
- Floraison (bloom) de phytoplancton au printemps
- Bloom secondaire à l’automne
Réseau alimentaire du biome des vents d’ouest
• Réseau alimentaire type du biome des vents d’ouest
jusqu’à 4 maillons alimentaires
basé sur phyto de taille moyenne (5 – 20 μm)
Diapo 52
Différence fondamentale entre les biomes marins et terrestres
Une grande part du CO2 fixé retourne rapidement à l'atmosphère Carbone stocké pendant quelques dizaines d'années au plus
La pompe biologique à CO2 du biome des vents d’ouest
Conversion du CO2 en matière organique particulaire (=PPN) par le phytoplancton Les déchets de la surface (cellules mortes, excréments, carcasses) chutent vers le fond, entraînant le carbone avec eux Résultat: transfert du CO2 de l'atmosphère vers le sédiment (complémente la pompe à solubilité) entreposage du carbone pour plusieurs milliers d'années
Caractéristiques du biome polaire
- Couvert de glace saisonnier ou pluriannuel
- Couche de mélange relativement faible
- Forte stratification en été (fonte des glaces = eau douce)
- Floraison estivale courte et intense par endroits
- Chaînes alimentaires courtes et efficaces
- Beaucoup de mammifères marins
Cycle de productivité biologique de chaque biome
Biome des vents alizés
Production primaire égales à toutes les saisons
Biome des vents d’ouest
Été plus grosse production primaire aussi automne en plus petite partie
Biome polaire
Production primaire été et printemps
Le cycle vital des baleines à bosse et baleine grise
Les baleines passent l’hiver dans les eaux hospitalières subtropicales ou équatoriales pour donner naissance aux baleineaux
Durant le printemps et l’été elles optimisent leur succès d’alimentation en traversant le biome des vents d’ouest jusqu’au biome polaire
L’upwelling côtier
Lorsqu’un vent souffle parallèlement à la côte ouest d’un continent:
- vers le nord dans l’hémisphère sud
- vers le sud dans l’hémisphère nord
Réseau alimentaire type d’un upwelling
- basé sur le phytoplancton de grande taille (20 – 2000 mm)
- Jusqu’à 20% de la production primaire est transférée aux petits
poissons planctivores (» aux autres biomes océaniques)
L’upwelling est fortement présent au Pérou et en Afrique du Nord-Est et au Benguela
L’upwelling contribue de 20,9% à la prise globale de poissons
Par unité de surface les régions d’upwelling contribuent
5000 fois plus en poissons que les eaux du large
ENSO: Phénomène El Niño/oscillation australe
Condition “moyenne”
Haute pression sur la côte sud-américaine Alizés forts et upwelling vigoureux L'eau chaude s'accumule dans la portion ouest du Pacifique
El Niño (phase chaude de ENSO) Forte baisse de pression sur la côte sud-américaine Alizés faibles ou inversés et cessation de l'upwelling L'eau chaude s'étend jusqu'à l'Amérique du Sud en décembre
Effets sur la température de surface
El nino –> grande chaleur en amérique du sud
La nina –> Grand refroissement au même endroit
Diapo 63
Cycle irrégulier de 3 à 5 ans
L’intensité du phénomène n’est pas constante
Depuis la fin des années 70, on constate une diminution de l’intensité et
de la durée de la phase froide (et vice-versa pour la phase chaude)
