Oxygène dissous et cycle des nutriments

L'interaction entre la photosynthèse en surface et la respiration en profondeur façonne les profils verticaux d'oxygène et de nutriments de l'océan, contrôlant ainsi les zones où la vie prospère et celles où les zones pauvres en oxygène s'étendent.

Definition

Le cycle des nutriments est le mouvement d'éléments biologiquement essentiels entre les compartiments dissous, particulaires et vivants de l'océan, couplé à la production et à la consommation d'oxygène dissous lors de la photosynthèse et de la respiration.

Scope

Ce sujet aborde la solubilité et la distribution de l'oxygène dissous, la formation et la dynamique des zones de minimum d'oxygène, les principaux nutriments limitants (nitrate, phosphate, silicate) et les micronutriments tels que le fer, la pompe biologique qui exporte la matière organique, ainsi que la régénération des nutriments et la consommation d'oxygène lors de la décomposition.

Core questions

• Qu'est-ce qui contrôle la solubilité et la distribution verticale de l'oxygène dissous dans l'océan ?
• Comment se forment les zones de minimum d'oxygène et pourquoi s'étendent-elles ?
• Quels nutriments limitent la production primaire dans les différentes régions océaniques ?
• Comment la pompe biologique redistribue-t-elle le carbone et les nutriments entre les eaux de surface et les eaux profondes ?

Key theories

Rapport de Redfield et reminéralisation

La matière organique marine se forme et se décompose avec un rapport carbone/azote/phosphore caractéristique, de sorte que la respiration en profondeur consomme de l'oxygène et régénère les nutriments dans des proportions prévisibles.

La pompe biologique

Les particules organiques en suspension transportent le carbone et les nutriments de la surface éclairée vers l'océan profond, où leur décomposition consomme de l'oxygène et stocke le carbone loin de l'atmosphère.

Mechanisms

Le phytoplancton, dans la couche de surface éclairée, absorbe les nutriments et libère de l'oxygène lors de la photosynthèse ; la matière organique qu'il produit coule et est respirée en profondeur, consommant de l'oxygène et libérant des nutriments en solution. Là où la circulation apporte peu d'oxygène et où la respiration est élevée, des zones de minimum d'oxygène se développent, et les remontées d'eau (upwelling) ramènent les nutriments régénérés pour alimenter une production supplémentaire.

Clinical relevance

L'apport en nutriments régit la productivité océanique et les pêcheries, tandis que la diminution de l'oxygène et l'expansion des zones mortes menacent les écosystèmes marins ; les deux sont sensibles au réchauffement et aux changements de circulation, ce qui en fait des indicateurs clés de la santé des océans dans le contexte du changement climatique.

History

Redfield a établi le lien proportionnel entre les nutriments marins et la biologie dans les années 1930-1950 ; des travaux ultérieurs, y compris l'hypothèse du fer de Martin à la fin des années 1980, ont révélé que des micronutriments rares peuvent limiter la productivité sur de vastes régions océaniques, remodelant ainsi la compréhension du contrôle des nutriments.

Key figures

• Alfred Redfield
• John Martin

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• redfield1958

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'une zone de minimum d'oxygène ?

C'est une couche de profondeur, généralement située entre quelques centaines et mille mètres supérieurs, où l'oxygène dissous atteint des niveaux très bas car la respiration consomme l'oxygène plus rapidement que la circulation lente ne peut le réapprovisionner.

Pourquoi le fer est-il un nutriment important dans l'océan ?

Le fer est nécessaire à la photosynthèse mais est extrêmement rare dans une grande partie de l'océan ouvert ; ainsi, dans les régions riches en autres nutriments, il peut être le facteur limitant la croissance du phytoplancton.