LV 208 L`organisme dans son environnement

LV 208
L’organisme dans son environnement
Jean-Marc Guarini
Université Pierre et Marie Curie (Paris VI)
UI 938. Observatoire Océanographique de Banyuls sur Mer.
BP 44 – 66651 Banyuls sur Mer.
Tél.
04 68 88 73 56
Fax.
04 68 88 73 95
Email
[email protected]
L’environnement physique et climatique :
contraintes et adaptations
2ème partie : Relations entre les organismes et le climat.
11. Environnement physique et climatique
12. Conditions météorologiques et climatiques
13. Systèmes climatiques
14. Relations plante-climat
15. Relations animal-climat
2.11. L’
L’environnement physique et climatique
L’environnement
environnement est composé d’éléments physico-chimiques, indépendant
des organismes et des populations. Ce sont les Facteurs Ecologiques
Abiotiques.
Les F.E.A. les plus importants sont :
1) Les facteurs physiques et climatiques
a) l'eau (composante indispensable à la vie, véhicule les nutriments)
b) l'air (fournit l'oxygène et le gaz carbonique aux organismes vivants)
c) la lumière (à la base de la photosynthèse)
d) la température (température moyenne de la terre est 15 °C).
L’énergie prépondérante provient du rayonnement solaire.
Activité interne de la Terre est une source négligeable pour le climat (mais importante
pour certains organismes, exemple : sources hydrothermales).
2) Les facteurs édaphiques
a) la nature (support de développement des organismes vivants)
b) la structure (conditionne l’exploitation par les organismes vivants)
3) Les facteurs chimiques
a) la composition élémentaire : (matière minérale)
b) l’état (solide, dissous, gazeux) et les changements de phase.
2.11. L’
L’environnement physique et climatique
Les Facteurs Ecologiques Abiotiques
sont différents
des Facteurs Ecologiques Biotiques :
Ce sont les éléments qui définissent les relations que développent entre eux,
les organismes et les populations. Ce sont principalement :
1) la compétition pour la ressource
2) la prédation
3) le parasitisme
4) la symbiose
D’une manière générale :
facteurs écologiques = F.E.A.
U
F.E.B.
Ce sont tous les éléments de l’environnement qui agissent sur les organismes
au cours de leur cycle de vie.
2.12. Conditions mé
météorologiques et climatiques
Les masses d’air sont décrites par des variables physiques :
1) Quantité de lumière reçue par unité de surface.
2)
3)
4)
5)
6)
Pression atmosphérique (pression exercée par la masse d’air)
Température de l’air (quantité de chaleur)
Humidité de l’air (contenu en vapeur d’eau)
Pluviométrie (contenue en eau)
Vent (vitesse et directions de déplacement des masses d’air)
Qui définissent des conditions mé
météorologiques locales.
locales
En les inté
intégrant spatiospatio-temporellement,
temporellement sur des durées fixées
arbitrairement, on obtient des valeurs moyennes qui définissent le Climat.
Climat
Les conditions mé
météorologiques sont fluctuantes : variabilité
Les conditions climatiques sont plus stables : tendance
2.12. Conditions mé
météorologiques et climatiques
< Ex. météofrance : http://www.meteofrance.com/ >
Pour le climat : paramè
paramètres sont calculé
calculés sur une pé
période de 30 ans :
Statistiques annuelles
1) le record de température maximale
2) le record de température minimale
3) la température moyenne annuelle (moyenne sur 12 mois).
4) la quantité annuelle de précipitations: 1 litre/m2 = 1 mm de hauteur
+
Statistiques mensuelles (saisonnalité
(saisonnalité)
1) moyenne des températures minimales du mois considéré.
2) moyenne des températures maximales du mois considéré
3) record de température maximale pendant le mois considéré.
4) record de température minimale pendant le mois considéré.
5) quantités de précipitations moyennes du mois considéré.
2.13. Systè
Systèmes climatiques : gé
généralité
ralité.
C’est un systè
système complexe !
Hydrosphère
Géosphère
2.13. Systè
Systèmes climatiques : cycle de l’l’eau.
Processus tampons du climat
Vent
Glace
Absorbe
chaleur
Eau
condensation
évaporation
glace
nt
lleme
Libère
chaleur
fusion
e
ruiss
congélation
précipitation
évaporation
Vapeur
Evaporation la plus forte : pacifique équatorial
Eau évaporée à la surface des océans re-précipite principalement
à la surface des océans
Précipitation océanique (10 fois + qu’à la surface des continents)
2.13. Systè
Systèmes climatiques : flux d’é
d’énergie
’énergie
Température moyenne
15 °C
Bilan des flux :
0 W/m2
40
L’oc
océ
océan est un réservoir
d’énergie.
235
atmosphère
L’atmosph
atmosphè
atmosphère est une zone
d’échange
’échange d’énergie.
195
519
390
terre
222
168
océan
La Terre, globalement, est en équilibre visvis-à-vis des flux de chaleur
Elle émet en moyenne 390 W/m2 (rayonnement du sol)
=> si augmentation de l’effet de serre, augmentation de la température.
2.13. Systè
Systèmes climatiques : Variabilité
Variabilité spatiale en 1D Verticale
ascendance
subsidence
Climat humide
Climat sec
upwelling
downwelling
2.13. Systè
Systèmes climatiques : var. latitudinale des masses d’
d’air
Distribution de la chaleur équatoriale par le mouvement des
masses d’air (ascendance : air chaud et humide / descendance :
air froid et sec) : 3 grandes cellules.
2.13. Systè
Systèmes climatiques : var. spatiale en 1D horizontale
Vent
Capacité calorifique :
(capacité d’un corps à contenir et transporter
de la chaleur).
Air
Eau
= 1.0 J.g-1.°K-1
= 4.2 J.g-1.°K-1
L’Océan distribue la chaleur
plus loin que l’air.
Courant
Equateur
Distance (100aines km)
Pôle
2.13. Systè
Systèmes climatiques : les océ
océans
Les océans en quelques chiffres :
360 millions de km2 (71 % de la surface du globe)
Atlantique
= 110 M km² / Prof. Max. = 9200 m
Pacifique
= 180 M km² / Prof. Max. = 11000 m
Indien
= 70 M km² / Prof. Max. = 7400 m
97 % de l'eau
eau disponible sur terre. Eaux continentales = 3 %
1320 millions de km3 en eau + 24 millions de km3 en glace
une profondeur moyenne de 3800 mètres. Terres émergées = 850 m
une couche très mince (1 / 1700ème, ramenée au rayon de la terre)
300 fois la masse de l'atmosphère, soit 1200 fois sa capacité de
stockage de chaleur.
La température moyenne des océans est seulement de 3.5 °C. La
température moyenne en surface est de 18°C (+3°C par rap. à l'air).
2.13. Systè
Systèmes climatiques : var. spatiale en 2D Horizontale
2.13. Systè
Systèmes climatiques : variabilité
variabilité spatiale
2.13. Systè
Systèmes climatiques : variations temporelles
Grands cycles climatiques : observations
X 1000 ans
Temps
2.13. Systè
Systèmes climatiques : variations temporelles
Grands cycles climatiques:
Glaciation – Réchauffement : périodicité = 125 000 ans
« cycle de Milankovitch »
Ils sont dus : à l’éloignement périodique Terre-Soleil
à une différence d’exposition de la Terre
D’autres périodes d’oscillation plus courtes : 20 000 ans
Maximum de température entre – 4000 et -6000 ans.
Maintenant, en théorie, la température devrait baisser.
2.13. Systè
Systèmes climatiques : grands types de climat actuels
Répartition globale des grands types de climats actuels
Équatorial
Tropical pluvieux
Tropical sec
Désertiques
Méditerranéen
Océanique tempéré
Continental
Polaire
montagneux
2.13. Systè
Systèmes climatiques : action anthropiques
Augmentation de CO2 = augmentation du flux de rayonnement atmosphérique
360 ppm
concentration
en CO2
260 ppm
Pour l’instant
+ 4 W/m2 = +0.8°C
800
années civiles
1800
2000
Augmentation de la température : +15 W/m2 = +3° en moyenne
Fonte des glaces polaires et des glaciers : augmentation de l’eau +15 cm
Laboratoire pour étudier les adaptations des organismes
2.13. Systè
Systèmes climatiques : action anthropiques
Profondeur moyenne des océans
= 3800 m
Diamètre de la terre
= 6370 km
Masse volumique de l’eau = 1030 - 0.11 T°C - 0.0031 (T°C)2
Température moyenne des Océans
= 3.5°C
Question : pour 5 points/100 à l’examen final.
Quelle serait la montée moyenne du niveau de la mer si la
température moyenne des océans augmentait de 3°C ?
2.13. Systè
Systèmes climatiques : action anthropiques
Le « jour d’après » : science fiction ou possible futur ?
The Day After Tomorrow
Bogi Hansen et al. 2001. Decreasing overflow from the nordic seas into the Atlantic
Ocean through the Faroe Bank channel since 1950. Nature. 411 : 927-930.
http://asof.npolar.no
http://asof.npolar.no/
asof.npolar.no/library/
library/pdf/
pdf/bogihan.pdf
LES RELATIONS
ORGANISMESORGANISMES-CLIMATS
2.14. Relations planteplante-climat
La relation plante-climat est plutôt la Relation végétation-climat
Végétation =
structure ou formation (forêt, landes, champs d’algues …)
+
flore (composition spécifique)
La flore des continents est une conséquence:
1) des processus évolutifs : changements graduels de l’environnement ont
provoqués le passage suivant:
Mousse, Fougères (1aire) → Gymnospermes (2 aire) → Angiospermes (3 et 4 aire)
2) Séparation des continents : isolement géographique = spéciation
(espèces homologues dans les différents continents ou sp. vicariantes)
Iles ont une flore très spécialisées : espèces endémiques
3) Des changements plus abrupts : glaciations – réchauffement
(les épisodes de glaciation ont éliminés certaines espèces)
La Flore des océ
océans est moins spécialisée : la plus ancienne.
2.14. Relations planteplante-climat
Influence du climat : facteurs climatiques de répartition
1er facteur : la température.
Le rôle du gel est fondamental.
Ex. Olivier : pas de gel, aire de répartition restreinte à la méditerranée
2ème facteur : la quantité et la disponibilité de l’eau
Plantes ont besoin d’eau : absorption de son poids/jour
Mécanismes de rétention d’eau en milieu aride (Baobab)
3ème facteur : la lumière.
Importance de l’alternance de lumière pour le cycle de photosynthèse.
4ème facteur : le microclimat
Le microclimat peut-être plus important que le climat général.
(ex.
influence du vent,
influence de l’hydrodynamisme pour les fucus).
2.14. Relations planteplante-climat
Influence du sol : facteurs édaphiques
1) Propriétés physiques du sol (porosité, teneur en eau, pH, …)
2) Nature du sol (sables, argiles, rochers, …)
3) Composition chimique ([sels nutritifs], (calcaire vs. Silice), …)
4) Origine du sol (alluvions, roche mère, …)
2.14. Relations planteplante-climat
Les plantes modifient leur environnement :
photo-ombrage (phytoplancton, arbres, macroalgues, …)
Modification de la température, l’humidité (forêt équatoriale, …)
Modification du sol (modification du pH, sécrétion d’EPS)
concurrence alimentaire (compétition)
symbiose (bactéries –plantes) : légumineuse – procaryote (azote)
Les plantes subissent l’action de parasites.
Les plantes sont consommés par des herbivores.
(développement de défense spécifiques).
2.14. Relations planteplante-climat : adaptation
Plantes en C4: (apparition il y a 8 millions d’années)
Régions chaudes et sèches - Diminuer la durée d’ouverture
des stomates pendant la journée
(voir les fermer totalement)
⇒ Diminution de l’entrée de CO2.
⇒ dispositif anatomiques et physiologiques spécifiques
⇒ synthèse de carbone en C4 (Maïs, Canne à sucre, …)
Plantes carnivores :
Dans des zones ou le sol est pauvre en azote
2.14. Relations planteplante-climat : adaptation
Prédominance de facteurs climatiques : les formations végétales
Selon la latitude
Forêts denses ombrophiles équatoriales
Forêts tropicales
Forêts tempérées à feuilles caduques
Forêts tempérées à feuilles persistantes
Savanes
Prairies
Steppes
Déserts de cactus
Toundra/Taïga
Selon l’altitude
Forêts d’arbres à feuilles caduques
Forêts de conifères
Pelouses (Alpages)
Les biomes. c’est un ensemble d’écosystèmes caractéristique
d'une aire biogéographique et nommé à partir de la végétation
prédominante, la mieux adaptée aux conditions climatiques.
2.14. Relations planteplante-climat : les biomes
Grands types de vé
végétations associé
associées aux climats
Forêts équatoriales
Forêts tropicales
Savanes
Déserts de Cactus
Garrigues
Forêts tempérées
Steppes
Toundras/Taïga
Conifères/Alpages
2.14. Relations planteplante-climat : les biomes dans 1 siè
siècle (scé
(scénario)
Changements biogé
biogéochimiques
Introduction d’
d’espè
espèces exotiques
Utilisation des terres
Changement climatique
F. Tropicales Prairies Méditerranée
Déserts
F. Tempérées F. Boréales Z. Polaires
Chapin F.S.III et al.
al. 2000. Consequences of changing biodiversity.
biodiversity. Nature 405 : 234234-242.
2.14. Relations planteplante-climat : les biomes, dé
définition locale
Exemple de vé
végétations associé
associées aux climats ré
régionaux :
Qué
Québec.
Toundra (climat polaire)
Taïga (climat polaire)
Forêt de transition (climat polaire/subarctique)
(épicéas)
Forêt boréale (climat subarctique)
(sapins)
Forêt mixte (climat subarctique/continental)
(érables)
2.14. Relations planteplante-climat : les biomes aquatiques
Biomes aquatiques
Biomes d’
d’eau douce
cours d’eau (rivières, fleuves)
eau « stagnantes » (lacs, barrages, mers fermées)
Biomes marins
eaux polaires
eaux côtières
eaux hauturières
récifs coralliens
zones de front
Pôle nord
Zones côtières (+ mers continentales = mer méditerranée)
Zones hauturières
Zones polaires (+ banquises au pôle nord)
Pôle sud
Zones frontales permanentes
Récifs coralliens
Zones côtières
Zones hauturières
Zone polaire (+banquise)
2.14. Relations planteplante-climat : les biomes aquatiques
Le phytoplancton :
Dans la limite de la couche photique (-100m dans les océans)
Variation de la profondeur en fonction
Succession saisonnière
de l’espèce
de l’heure du jour/nuit
(efflorescences de communautés
différentes : diatomées, dinoflagellés)
Dans des milieux particuliers : cyanobactéries.
(glaces, mais aussi déserts les plus arides, …)
Ex: Anabaena spherica
2.14. Relations planteplante-climat : exemple
Une augmentation significative de la température a été enregistrée au
cours du vingtième siècle, augmentation particulièrement prononcée sur les
quinze dernières années, tant à l'échelle mondiale qu'à l'échelle de la
France.
Influence sur la date de floraison et de vendange des vignes
Grenache et Syrah d’abord adaptés sont en limite sud de leur potentiel
2.15. Relations animalanimal-climat
La relation animal-climat est plutôt la Relation faune-climat
La faune est la composition spé
spécifique dans un endroit donné.
Relations et analogies avec la végétation : la faune entre dans la définition
des biomes. La faune est souvent associée à la végétation. Elle se réfère à la
notion de réseau trophique (premiers organismes : bactéries puis plantes).
Ex. Ongulés :
évolution en relation avec l’épisode d’aridification
entre –6000 et – 4000 ans
Hommes : raréfaction de la nourriture, évolution vers des pratiques
d’élevage et de culture.
Faune polaire : animaux spécifiquement adaptés aux grands froids
Faune marine profonde : animaux spécifiquement adaptés à la profondeur
(pression, noir)
2.15. Relations animalanimal-climat
Relation moins marquée que pour la végétation
Mobilité : animaux fixes (ou à déplacement limité) et animaux mobiles
Les animaux sont aussi capables de grandes migrations actives en fonction
de la saisonnalité du climat.
⇒biogéographie.
Les animaux subissent aussi des processus de compétition, de prédation,
qui structurent la composition faunistique d’une région.
Température : Ectothermes vs. Endothermes
2.15. Relations animalanimal-climat : adaptation
1) Crustacés mysidacés : espèce Hemimysis margalefi
Crustacé cavernicole : Hemimysis speluncola
crustacé
sous--marines littorales de la
petits crustac
és peuplant les grottes sous
diterrané
Méditerran
ée qui subissent des changements brutaux.
2.15. Relations animalanimal-climat : adaptation
Après l'anomalie thermique de 1999 Hemimysis speluncola
disparaît complètement, sa niche écologique est alors colonisée
par Hemimysis margalefi.
2.15. Relations animalanimal-climat : adaptation
Réchauffement global de la méditerranée : 1999.
⇒ Mortalité massive des Gorgones et des éponges.
2.15. Relations animalanimal-climat : adaptation
Extension géographique :
Virulence du phénomène :
2.15. Relations animalanimal-climat
Faune de la méditerranée : augmentation de la température de l’eau.
En Méditerranée, dans le nord-ouest du bassin occidental.
Présence de formes juvéniles d’espèces connues à l’état adulte
mais qui ne s’y reproduisaient pas :
le mérou Epinephelus marginatus
Apparition d’espèces mobiles d’eaux plus chaudes :
« tropicalisation »
la girelle paon Thalassoma pavo
le barracuda Sphyraena viridensis,
la baliste Balistes carolinensis
Abondance d’espèces classées comme rares
il y a 30 ans:la grande cigale Scyllarides latus
http://www.ciesm.org/online/atlas/index.htm