Propriétés Milieu Marin - Club de plongée de CHATOU

Propriétés Milieu Marin
Forme et dimension des océans
Propriétés physique de l’eau de mer
Distribution des températures, salinité et densité
Bilan des masses et thermique
Absorption du C02 des océans
Tapis roulant des océans
Les Marées
Propriétés Milieu Marin
Formes et dimensions de l’océan
Les dimensions de la terre
rayon équatorial : 6378 km
rayon polaire : 6357 km
surface : 510 millions de km²
volume : 1083 milliards de km3
La surface de la terre est occupée à
71% par des océans. Il y a 2,45 fois
plus de mer que de terre.
Propriétés Milieu Marin
Formes et dimensions de l’océan
Répartition des terres / mers
La répartition des terres et des mers est inégale et singulière. L'océan glacial
arctique s'oppose au continent antarctique et la masse continentale Eurasie +
Afrique s'oppose à l'océan Pacifique.
En fait, toute saillie qui émerge au dessus de la surface des océans a 19
chances sur 20 d'avoir un creux pour point diamétralement opposé.
Les masses terrestres sont en grande partie concentrées dans l'hémisphère
nord. Hémisphère nord : 61% de mer, hémisphère sud : 81 % de mer.
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Formes et dimensions de l’océan
Altitude profondeur de la terre
La hauteur de la surface terrestre est comprise entre une altitude de 8880 m
(Everest)
et une profondeur de 11524 m (fosse des Mariannes).
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Formes et dimensions de l’océan
Profondeur des océans
La profondeur moyenne des océans est
d'environ 3800 m. L'altitude moyenne
des terres émergées est de 840 m.
En fait la terre est donc recouverte d’une
mince pellicule d’eau de 4km / 6400km
du rayon de la terre.
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Formes et dimensions de l’océan
Structures des océans
- le plateau continental ou
domaine littoral, jusqu'à une
profondeur de 200 mètres
- le talus continental ou
domaine bathyal jusqu'à 3000
mètres
- le glacis continental en pente
plus faible, recueil de
sédiments provenant du talus
- la plaine abyssale ou domaine
abyssal jusqu'à 6000 mètres.
- Les dorsale montagnes s
marine.
- les fosses océaniques ou
domaine hadal, atteignant
11000 mètres.
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Propriétés physique de l’eau
L’eau dans les organismes
97% =>
95% =>
92% =>
90% =>
85% =>
80% =>
75% =>
74% =>
65% =>
Le melon
La méduse
La tomate
Le choux fleur
La pomme
Le poisson
L’arbre
Le lapin
l’homme
Propriétés Milieu Marin
Propriétés physique de l’eau
La structure de l’eau
La particularité de l’eau provient de sa structure moléculaire .
Dans une molécule d’eau, un atome d’oxygène est lié à deux atomes
d’hydrogène.
L’angle O-H-O est voisin de 105°.
La molécule est électriquement neutre mais est polarisée.
Lorsque deux molécules d'eau sont en présence, elles ont tendance à
s'unir par une liaison électrostatique entre un noyau d'hydrogène
chargé positivement et le nuage électronique entourant le noyau
d'oxygène.
La tension superficielle est la plus élevée de tous les liquides. C'est
important pour la formation des gouttes d'eau et des vaguelettes.
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Propriétés physique de l’eau
Caractéristiques
L'eau est le seul composé naturel qui existe sous les 3 états dans les conditions
rencontrées à la surface de la terre. L'état liquide étant le plus fréquent. Le
changement d'état se fait en rompant des liaisons hydrogène. Pour cela il faut
fournir une énergie importante.
Propriétés Milieu Marin
Propriétés physique de l’eau
Caractéristiques
A 20°C les molécules d'eau s'assemblent par 6.
A 0°C, l’eau forme des cristaux et se transforme en glace ce qui s'accompagne d'une
augmentation de volume de 10%.
Cette propriété joue un rôle important pour la vie en lac, la glace reste en surface
et agit comme un isolant.
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Propriétés physique de l’eau
Densité
La densité de l'eau étant 800 fois
supérieure à celle de l'air, les
organismes marins sont mieux
soutenus. Il en résulte des formes
fluides et légères, parfois de grande
taille, qui ne nécessitent pas le
soutien d'un squelette.
De faibles variations horizontales de
densité (causées par exemple par des
différences de rayonnement solaire)
peuvent produire des courants
importants.
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Propriétés physique de l’eau
Viscosité
La viscosité de l'eau est 50 fois supérieure à celle de l'air. L’eau présente une
résistance élevé au déplacement. Pour se mouvoir rapidement, la silhouette
doit être particulièrement
hydrodynamique.
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Propriétés physique de l’eau
Salinité
C'est le caractère essentiel de l'eau de mer. L'océan contient
en moyenne 35 grammes de sel par kilo d'eau de mer.
La présence de sel dans l'eau modifie certaines propriétés:
densité, compressibilité, point de congélation, température
du maximum de densité, conductivité, pression osmotique.
Le chlorure de sodium (Na+Cl-) n'est qu'un des très
nombreux sels composant la solution. On a décelé dans l'eau
de mer 60 des 92 corps simples existant à l'état naturel.
D’autres composés chimiques sont également présents dont
le magnésium, le souffre, le calcium, le potassium, le
brome, le carbone …lesquels se combinent pour former des
substances complexes comme des carbonates et du silicium
grâce auxquels se constituent les carapaces, les os et les
arêtes des animaux marins.
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Propriétés physique de l’eau
Propriétés physique de l’eau de mer
La température de congélation décroît avec la pression. En conséquence, la
fusion a lieu à la base des glaciers, la glace devient alors plastique, ce qui
facilite son déplacement.
Les glaces des régions polaires s'écoulent ainsi vers la mer, formant des icebergs
à leurs extrémités. Sans ce mécanisme, l'eau du globe s’accumulerait vers les
pôles.
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Propriétés physique de l’eau
La glace dans la mer
On distingue deux types de glace:
* les icebergs, constitués d'eau douce (écoulement des glaciers polaires)
* Les banquises produites par congélation de la surface de la mer.
Ces dernières jouent un rôle important dans le bilan thermique de la planète.
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Propriétés physique de l’eau
La glace dans la mer
Le refroidissement de l'eau de mer s'accompagne d'une augmentation de densité
jusqu'au changement d'état. Pour créer une banquise il faut donc un
refroidissement brutal. En eau douce, les eaux froides restent en surface et vont
donc geler si la température est négative. En mer les eaux refroidies en surface
"plongent" et sont remplacées par de l'eau plus chaude.
Le changement d'état s'accompagne d'une dilatation et la congélation va séparer
l'eau pure des sels. La fonte de la glace donne naissance de forts courants marins
d'eau froide, qui apporte énormément de
nutriments (sels nutritifs) et d‘oxygène.
Ceci se traduit par une biodiversité marine
essentiellement benthique.
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Propriétés physique de l’eau
Lumière dans l’eau
L'atténuation de la lumière sous
l'eau est essentiellement due à
l'absorption, la diffusion
(changements aléatoires de la
direction des rayons lumineux)
ayant une moindre importance.
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Propriétés physique de l’eau
Lumière dans l’eau
La lumière est le principal facteur limitant le développement des espèces végétales et
donc animales.
Les végétaux ont en effet besoin de l'énergie lumineuse pour se développer, par
photosynthèse. Les algues sont limitées aux zones recevant suffisamment de lumière.
Elle diminue de moitié tous les
7 mètres en Méditerranée;
à 40 mètres il ne subsiste
que 1% de la lumière de la surface.
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Propriétés physique de l’eau
La mer vue de l’espace
La mesure de la lumière émise par l’océan donne des informations sur la
teneur en éléments organiques et autres matériaux des couches de surface.
Cela permet l’étude de la photosynthèse et donc du cycle du carbone.
La méditerranée n’a qu’une faible activité biologique en comparaison avec la
côte atlantique.
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Propriétés physique de l’eau
Son dans l’eau
Les fréquences couramment rencontrées dans l’océan sont comprises entre 30 Hz à
1,5 Mhz (la limite audible pour l’homme 20Hz -20 KHz).
La vitesse du son dans l’eau étant approximativement égale à 1500 m/s (340m/s
dans l’air):
C= 4,6T – 0,055T2 + 0,00029T3 + (1,34 – 0,01T)(S-35) + 0,016z
c vitesse du son en m/s,
T température en °C,
S salinité,
z la profondeur en m.
Dans ces conditions, la vitesse du son augmente de:
4,5 m/s par °C,
1,3 m/s par unité de salinité,
16 m/s par 1000 m.
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Propriétés physique de l’eau
Vitesse du son dans l’eau
Dans les couches supérieures de l'océan, la température est la première cause de
variation de la vitesse du son. En profondeur c'est la pression.
La bonne propagation du son dans l’eau est utilise par certains mammifères pour
localiser leurs proies en utilisant un sonar biologique. Certains semblent même
communiquer entre eux.
Par contre, la pollution sonore liée au bruit des bateaux, semblent également être a
l'origine de cas d’échouage de baleines et de dauphins.
Propriétés Milieu Marin
Distribution des températures, salinités et densités
Distribution des température
La répartition des températures en surface est fortement liée à
l’ensoleillement donc de la latitude.
Près des certaines cotes on peut observer localement des températures très
faibles, dues à un phénomène de remontée d’eau froide.
Propriétés Milieu Marin
Distribution des températures, salinités et densités
Distribution des température
Les variations annuelles de la température de surface sont relativement faibles, de
l'ordre de 2°C à l'équateur, 8°C à 40° de latitude, quasi-nulles dans les régions
polaires.
Près des côtes, on peut observer des variations de l'ordre de 15°C essentiellement
dues aux variations saisonnières du rayonnement solaire à la surface.
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Distribution des températures, salinités et densités
Températures en profondeur
La coupe de l'océan Atlantique Ouest illustre la répartition des strates de
température.
La couche de surface (50 à 200 m), les températures sont à peu près celle de
la surface.
La couche thermocline (200 à 1000 m), la température décroît rapidement
avec la profondeur (sauf aux grandes latitudes où la température de surface est
voisine de celle du fond).
La zone profonde, qui s'étend jusqu'au fond, est caractérisée par des
températures faibles et homogènes.
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Distribution des températures, salinités et densités
Thermocline
L'importance de la couche thermocline
varie en fonction de la latitude, et aussi
en fonction des saisons. On peut avoir
une thermocline permanente ou
saisonnière ou inexistante.
Le diagramme ci contre montre le cycle
annuel de la couche thermocline, en
Méditerranée. ( forte inertie thermique
de la mer avec un décalage de un à deux
mois entre les extrema de la
température dans l'eau et dans l’air. )
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Distribution des températures, salinités et densités
Adaptation à la Température de l’eau
On distingue deux types d’animaux :
les homéothermes: animaux à sang chaud avec une température corporelle
constante. (mammifères, oiseaux…).
les hétérothermes: animaux à sang froid, leur température interne varie en
fonction de celle du milieu. (poissons, tortues …).
Leur croissance, leur développement et
leur activité vont dépendre de la
température environnante.
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Distribution des températures, salinités et densités
Adaptation à la Température de l’eau
Pour lutter contre une hausse de température, les êtres vivants peuvent
augmenter les pertes de chaleur par évaporation, minimiser les gains de chaleur ou
migrer.
Pour lutter contre le froid, certains animaux possèdent une couche de graisse
épaisse isolant les organes vitaux. Ils peuvent aussi se réchauffer en présentant
leur corps au soleil (phoques, tortues).
Certains poissons des mers polaires possèdent un sang contenant des composés
organiques jouant le rôle d’antigel.
Si les variations sont trop extrêmes, certains
animaux vont jusqu’à interrompre leur activité
ou leur croissance (hivernation).
Le requin pèlerin à la saison froide perd ses
organes filtrant la nourriture.
Il cesse alors de s’alimenter et vit en léthargie
dans les eaux profondes.
Propriétés Milieu Marin
Distribution des températures, salinités et densités
Impact sur l’augmentation de la température de l’eau
Micro-organismes:
Le taux de croissance des micro-organismes augmente avec la température jusqu'à un
maximum puis diminue très rapidement par la suite.
La virulence de plusieurs virus et des bactéries pathogènes des poissons augmente
avec la température.
Algues
Le taux de croissance des algues dépend de la température,
de la concentration des éléments nutritifs et de l'intensité
lumineuse.
Cette augmentation de la productivité des algues peut mener
• à une augmentation de la décomposition bactérienne donc,
à une diminution de la concentration d'oxygène dissous.
• l’occupation de l’espace habituellement réservée par
d’autres espèces.
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Distribution des températures, salinités et densités
Impact sur l’augmentation de la température de l’eau
Invertébrés
La vitesse de métabolisme et le taux de croissance augmentent avec la température à
l'intérieur des limites de tolérance de l'organisme.
Les invertébrés sont considérés comme plus sensibles que les poissons puisque ils ne
peuvent s'éloigner d'une zone détemninée.
La distribution naturelle d'une espèce
constitue un bon indicateur des limites de
température qui permette à cette espèce
de se développer de façon optimale.
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Distribution des températures, salinités et densités
Impact sur l’augmentation de la température de l’eau
Composante
biologique
Modifications et risques
Mortalité des poissons (selon la tolérance thermique des
Températures individus) et particulièrement chez les larves et les alevins qui ne
létales sont pas en mesure de compenser métaboliquement les
variations de température (faible acclimatation).
Augmentation du taux d’activité, modification de la vitesse de
nage,
Comportement concentration de certaines espèces
la distribution et la migration
Accélération des activités métaboliques, augmentation de la
Métabolisme consommation en oxygène, croissance plus rapide.
Modification des cycles saisonniers de développement des
Reproduction gonades.
Diminution du taux de reproduction
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Distribution des températures, salinités et densités
Impact sur l’augmentation de la température de l’eau
Composante
biologique
Modifications et risques
Développement Le développement des embryons et des larves peut être décalé
embryonnaire par rapport au rythme normal et donc, confronté à un manque de
et larvaire nourriture ou à des conditions non favorables.
L’augmentation du métabolisme augmente les besoins en
Alimentation nourriture problématique en cas de détérioration des lieux de
nourrissage et de certaines ressources alimentaires.
Croissance
Inhibition de la croissance des alevins et des juvéniles si la
température dépasse un certain seuil.
Maladies Diminution de l’immunité naturelle des poissons en cas de
parasites températures élevées
Toxicologie
Accroissement de la bio concentration de certaines substances
(Hg) et de la toxicité d’autres (Zn, Cd, NH4+,phénols)
Modification des proportions de l’abondance des espèces.
Populations Changement dans la chaîne alimentaire
Propriétés Milieu Marin
Distribution des températures, salinités et densités
Distribution des salinités
Les pluies (phénomène de mousson), les embouchures de fleuves et l’évaporation
contribuent aux fluctuations de la salinité. La salinité est assez homogène et les
variations annuelles sont faibles.
Elles ont donc moins d'effet sur la densité que la distribution des températures.
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Distribution des températures, salinités et densités
Adaptation face a la salinités
La composition du milieu intérieur de l’animal doit rester stable, l’animal
met en œuvre des systèmes de régulation comme l’osmose et la diffusion.
Les poissons osseux d’eau douce
accumulent continuellement par
osmose l’eau de leur environnement
hypotonique. Ils équilibrent l’apport
d’eau par une excrétion abondante
d’urine.
Les poissons osseux marins perdent constamment de l’eau par osmose. Ils
compensent en « buvant » de grande quantité d’eau de mer. Ils éliminent
ensuite l’excès de sels par excrétion au niveau des branchies.
Les poissons cartilagineux ont une concentration interne en sels proche de
celle de l’eau de mer grâce à une forte concentration en urée.
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Distribution des températures, salinités et densités
Distribution des densités
La densité est fonction de la température et de la salinité. La salinité étant
relativement homogène, la densité suit essentiellement les évolutions de la
température.
Dans les régions où la densité en surface est importante, il va se former, par
refroidissement ou par évaporation (augmentation de salinité + refroidissement)
des masses d’eau denses qui
vont amorcer les mouvement
verticaux des océans.
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Bilan des masses
Conservations des masses
La masse d’eau sur terre est constante, Les océans n’étant que peu soumis à la
dilatation ou la compression thermique. On a égalité du volume d’eau entrant et du
volume d’eau sortant.
Le volume d’eau sortant:
• évaporation.
Le volume d’eau entrant:
• eau de rivière,
• Précipitations
Si les précipitations et l’apport des fleuves ne compensaient pas l’évaporation, le
niveau des océans s’abaisserait de 126 cm par an, soit 350 milliers de km3 d’eau
dans l’air.
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Bilan thermique
Conservations thermique
Le système océan-atmosphère est une énorme machine thermique fonctionnant à
l'énergie solaire. La chaleur est redistribuée à la surface de la planète par les
mouvements atmosphériques (les vents) et des océans (circulation océanique). La
température des océans varie dans l'espace et dans le temps mais en moyenne, la
température d'un lieu ne varie pas sur une grande échelle de temps (plusieurs
années).
Qs : flux de chaleur par rayonnement solaire,
Qb : flux de chaleur radiatif de grande longueur d'onde,
Qh : flux de chaleur par conduction,
Qe : flux de chaleur par évaporation / condensation,
Qv : flux de chaleur par transport d'eau.
Propriétés Milieu Marin
Bilan des masses
Conservations du sel
La masse totale de sel en solution dans les océans est considérée constante.
L'apport des fleuves de 3*1012kg de matière dissoute par an (si elle était totale)
n’entrainerait qu’une augmentation moyenne de 2,1*10-6 kg / m3.
Pour la mer Méditerranée, les apports d'eau douce sont inférieurs à l'évaporation.
Il y a des échanges au niveau du détroit de Gibraltar grâce à des mouvements d'eau
inverses en surface et en profondeur. La distribution des salinités dans l'océan
Atlantique à des profondeurs voisines de 1000 mètres est modifié de façon notable.
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Tapis roulant
Les courants thermo-halin parcourent les océans a une vitesse de 4 à 8 Km/h. Les
courants sont à la fois verticaux et horizontaux et forme une boucle sur les 3 océans.
Le Tapis roulant océanique met en mouvement près des ¾ de toute l’eau contenue
dans les océans.
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Tapis roulant
Dans l’Atlantique Nord, un énorme
courant de surface, chaud, se dirige vers
le nord.
Perdant en chemin des calories et des
molécules (par évaporation), elle-même
accélérée par la friction du vent, sa
teneur en sel, donc sa densité, augmente
peu à peu.
Parvenu aux abords de la mer du
Labrador, Le courant récupère le sel
rejeté lors de la formation des glaces.
Devenu très dense, il plonge sous l’eau
de surface. Désormais abyssale, la
partie profonde du tapis roulant se dirige
vers l’atlantique sud-est.
Propriétés Milieu Marin
Tapis roulant
Il emprunte le courant glacial
autour de l’antarctique d’ouest
en est. Une partie empruntera
ensuite la voie nord vers
l’océan indien. Se réchauffant
dans les mers du golf persique,
il remontera en surface. L’autre
partie prolonge sa route vers le
pacifique pour remonter en
surface au large du japon.
Cette eau revenue en surface forme désormais un courant chaud
qui regagne puis remonte l’atlantique pour recommencer un tour
de manège.
Le chemin en profondeur dure près de 1000 ans alors que celui
de surface ne prend que 100 ans.
Propriétés Milieu Marin
Tapis roulant
Ce cycle est fondamentale et
conditionne tant le monde marin
que le monde terrestre.
En surface, il est à l’origine de la
différence entre les climats côtiers
et continentales.
Il est un amortisseurs des échanges thermiques entre la planète et son
atmosphère. Il conditionne donc les climats.
Propriétés Milieu Marin
Tapis roulant
Ces multiples courants favorisent:
- l’apport de dioxygène; les vagues favorisent par brassage les échanges entre
la mer et l’atmosphère donc la dissolution du dioxygène.
- la dispersion des organismes avec le transport du plancton et le
déplacement des poissons.
- l’apport de nourriture à la faune fixée.
- la dispersion des déchets organiques.
Propriétés Milieu Marin
Absorption du CO2
PH de la mer
Le PH de cette solution est voisin de 8,2 (légèrement alcalin).
Les gaz dissous sont constitués à 64% d'azote et 34% d'oxygène. Les
concentrations diminuent quand la température et la salinité augmentent.
La proportion de CO2 est 60 plus forte dans la mer que dans l'air (1,8% au lieu
de 0,03%).
L'océan apparaît donc comme un régulateur de la teneur en CO2 de
l'atmosphère.
Propriétés Milieu Marin
Absorption du CO2
L’océan absorbe du CO2 et une partie
est consommé par le plancton.
Le niveau de CO2 est moins élevé
dans l’atmosphère.
Mais cela entraîne une hausse de
l’acidité de l’océan.
Une partie significative des organismes marins a besoin de synthétiser du calcaire,
soit pour faire une coquille (mollusques à coquille et crustacés), soit un squelette
(coraux, plancton).
Or la formation du calcaire est plus dur à fabriquer lorsque l’acidité augmente.
Le doublement du CO2 dans l'air ralentirait la calcification de 10 à 40% ce qui
impacte aussi bien le corail que les algues à coquille du phytoplancton.
Propriétés Milieu Marin
Formes et dimensions de l’océan
Les marées
Les marées se définit comme la variation du
niveau de la mer. Elles sont le résultat de
l'application de deux forces sur la Terre :
L’attraction gravitationnelle, exercée par la
Lune ou le Soleil. Cette force est plus intense si
l'astre est proche de la Terre et sa masse
importante.
Une force centrifuge, liée à la rotation de la
Terre sur son orbite.
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Formes et dimensions de l’océan
Cycle des marées
le rythme des marées est conditionné par le
mouvement des astres et des planètes.
La Terre tournant sur elle-même en 24h, il y a 2
marées hautes et 2 marées basses avec un
intervalle de 6 heures.
Le décalage quotidien dans les horaires de
marées de 50 minutes sur nos côtes est dû au
déplacement de la Lune autour de la Terre qui
est de 28 jours en moyenne.
Propriétés Milieu Marin
Formes et dimensions de l’océan
Amplitudes des marées
Le coefficient de marée définit l’amplitude de l’oscillation des marées. Il peut varier
de 20 à 120.
Les coefficients des marées de vive-eau sont supérieurs à 70, ceux des morte-eau
inférieurs à 70.
Le marnage entre la pleine mer et la
basse mer lié au coefficient de marée
varie avec la profondeur des océans,
le découpage des côtes et les conditions
météorologiques.
Il est de 16m dans la baie de Fundy au
Canada, de 13m dans la baie du Mont
Saint Michel et 40cm sur la côte
méditerranéenne.
Propriétés Milieu Marin
Formes et dimensions de l’océan
Différents étages de l’estran
Les marées déterminent des niveaux
horizontaux dont les conditions écologiques
sont complètement différentes :
— L'étage supralittoral = zone des embruns,
situé au dessus des vives-eaux, c’est la
transition entre le milieu marin et le milieu
terrestre.
— L'étage médiolittoral = zone des marées,
alternativement submergée ou à sec.
— L'étage infralittoral descend jusqu'à la limite
des Laminaires et des herbiers de
(Posidonies en Méditerranée) entre -20 à -50
mètres.
— L'étage circalittoral dont la limite inférieure
est celle des algues pluricellulaires. En
Méditerranée de - 40 à -100 mètres.
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Formes et dimensions de l’océan
Adaptation de la vie dans l’estran
A marée basse, les êtres vivants peuvent suivre la mer lorsqu’elle se retire ou bien
rester à leur place comme les algues ou sur un rocher, prisonniers des flaques
d’eau…. pour les animaux.
Ils subissent alors différents types de chocs :
- Choc hydrique
Durant la période d’émersion, les animaux luttent contre la
perte d’humidité que peut subir leur corps.
- Choc thermique
Lorsqu’une flaque d’eau est isolée, elle est soumise à de
fortes variations de température. En été, une petite quantité
d’eau peut chauffer très rapidement, mais lorsque la mer
remonte, la température chute brusquement. En hiver, cette
flaque va au contraire se refroidir très vite au contact de l’air
ambiant.
Propriétés Milieu Marin
Formes et dimensions de l’océan
Adaptation de la vie dans l’estran
- Choc osmotique
La salinité de l’eau peut être très variable : très forte avec
le phénomène d’évaporation ou faible à cause des apports
des pluies, et de nouveau forte avec le retour de la marée.
- Choc mécanique
Les animaux et les végétaux doivent lutter contre la force
des vagues quand la mer remonte surtout sur les estrans
rocheux exposés au vent.
Outre ces chocs caractérisant le milieu, les animaux
prisonniers des flaques sont plus exposés aux prédateurs
marins comme les poissons littoraux que la marée a surpris
au cours de son retrait mais aussi aux prédateurs terrestres
ou aériens (oiseaux).
Propriétés Milieu Marin
Liens
http://www.bio-ffessm-cif.fr/
Doris
http://mpathe.free.fr/