Couches minces (océanographie) - Thin layers (oceanography)
| Partie d'une série sur |
| Plancton |
|---|
 |
Les couches minces sont des agrégations concentrées de phytoplancton et de zooplancton dans les eaux côtières et extracôtières qui sont comprimées verticalement à des épaisseurs allant de plusieurs centimètres à quelques mètres et étendues horizontalement, parfois sur des kilomètres. En général, les couches minces ont trois critères de base: 1) elles doivent être persistantes horizontalement et temporellement; 2) ils ne doivent pas dépasser un seuil critique d'épaisseur verticale; et 3) ils doivent dépasser un seuil critique de concentration maximale. Les valeurs précises des seuils critiques des couches minces ont longtemps été débattues en raison de la grande diversité du plancton, de l'instrumentation et des conditions environnementales. Les couches minces ont des signatures biologiques, chimiques, optiques et acoustiques distinctes qui sont difficiles à mesurer avec les techniques d'échantillonnage traditionnelles telles que les filets et les bouteilles. Cependant, les études sur les couches minces ont augmenté au cours des deux dernières décennies en raison des progrès majeurs de la technologie et de l'instrumentation. Le phytoplancton est souvent mesuré par des instruments optiques capables de détecter la fluorescence comme le LIDAR , et le zooplancton est souvent mesuré par des instruments acoustiques capables de détecter la rétrodiffusion acoustique comme l' ABS . Ces concentrations extraordinaires de plancton ont des implications importantes pour de nombreux aspects de l'écologie marine (par exemple, la dynamique de croissance du phytoplancton, le pâturage du zooplancton, le comportement, les effets environnementaux, les proliférations d'algues nuisibles ), ainsi que pour l'optique et l'acoustique des océans. Il est important de noter que les couches minces de zooplancton se trouvent souvent légèrement sous les couches de phytoplancton car beaucoup s'en nourrissent. Les couches minces se produisent dans une grande variété d'environnements océaniques, y compris les estuaires, les plateaux côtiers, les fjords, les baies et l'océan ouvert, et elles sont souvent associées à une certaine forme de structure verticale dans la colonne d'eau, comme les pycnoclines , et dans les zones de débit réduit.
Critères
Persistance
Les couches minces persistent d'heures en semaines tandis que d'autres parcelles de plancton à petite échelle existent pendant quelques minutes. La présence de nutriments ainsi que les fronts côtiers, les tourbillons et les zones d'upwelling augmentent considérablement la persistance des couches minces. L'un des principaux critères pour qu'une agrégation de plancton soit considérée comme une couche mince est que l'augmentation de la concentration à une certaine profondeur de la colonne d'eau doit apparaître dans des profils mesurés ultérieurement. Cependant, les couches minces sont dynamiques et étendues horizontalement, de sorte que leur persistance ne peut pas être définie en utilisant plusieurs mesures à un seul endroit. Une étude sur les algues Karenia brevis responsables de proliférations de marées rouges plus récentes et de plus en plus longues montre que les modèles d'expression des gènes cellulaires sont extrêmement diversifiés, ce qui signifie que cette espèce particulière de plancton est plus résistante car elle s'adapte bien aux conditions changeantes. Des études indiquent également que les proliférations de marées rouges sont souvent interrompues par des interactions avec d'autres microbes tels que des virus et des bactéries qui peuvent soit entrer en compétition pour les mêmes nutriments, soit avoir un impact négatif sur les cellules algales.
Épaisseur
Certaines études ont estimé que le seuil critique maximal pour l'épaisseur verticale des couches minces était de trois mètres, mais des données plus récentes ont montré que les critères peuvent être assouplis à cinq mètres. Les étendues horizontales des couches minces peuvent atteindre des dizaines de kilomètres et leur rapport hauteur / largeur horizontal / vertical est généralement d'au moins 1000: 1.
Intensité
L'intensité d'une couche mince fait référence à la concentration maximale de plancton dans la couche par rapport au fond et à la colonne d'eau. Les concentrations de couche mince peuvent varier entre trois et 100 fois plus que le fond et jusqu'à 75% de la biomasse totale dans la colonne d'eau.
Formation
Flottabilité
De fines couches de phytoplancton non mobile ont tendance à s'accumuler aux limites de forts gradients verticaux de salinité ( haloclines ), de température ( thermoclines ) et de densité ( pycnoclines ) qui coïncident souvent car elles sont directement proportionnelles. Ces couches minces particulières sont formées par l'enfoncement de phytoplancton non mobile atteignant une flottabilité neutre à une pycnocline , et l'étouffement de la dispersion turbulente verticale à ces profondeurs. D'autres études ont montré que les gradients de nutriments (nutriclines) contribuent également à la formation de couches minces.
Migration verticale
De nombreux zooplanctons présentent normalement un modèle de migration verticale journalière ( DVM ) qui dicte leur profondeur dans la colonne d'eau en fonction de l'heure de la journée. Le phytoplancton a besoin de la lumière du soleil pour la photosynthèse et la production de protéines, mais ils ne sont pas principalement attirés par la lumière. Ceci est évident par leur simple mouvement vers le haut près de la surface avant le lever du soleil et leur simple descente vers des eaux plus profondes avant le coucher du soleil. Leurs mouvements collectifs peuvent entraîner l'agrégation qui forme des couches minces. On pense que ces mouvements réguliers sont régis par une horloge interne à des concentrations normales de nutriments. Cependant, il a également été observé qu'ils migrent de manière irrégulière lorsque les concentrations de nutriments sont supérieures ou inférieures à la normale.
Chimiotaxie
On a observé que le plancton mobile pouvait détecter et nager vers des concentrations de nutriments et / ou des intensités lumineuses plus élevées. Ce mécanisme est appelé chimiotaxie et est en partie responsable de la formation de couches minces à des profondeurs où les nutriments sont abondants. Un autre mécanisme spécifique aux dinoflagellés est appelé klinotaxie hélicoïdale où la capacité de la cellule algale à répondre aux signaux chimiosensoriels positifs et négatifs est cruciale pour leur motilité. Si les dinoflagellés n'étaient pas capables de chimiotaxie à la fois positive et négative, ils ne navigueraient pas avec succès en raison de la nature des flagelles transversaux et longitudinaux provoquant des mouvements de rotation et de translation, respectivement.
Tourbillons, filaments et fronts
Une autre cause évidente des couches minces est le transport horizontal des eaux à forte concentration de plancton vers des eaux à plus faible concentration. Dans ce cas, les intrusions ascendantes d'eau de pente riche en nutriments seraient à l'origine de proliférations d'algues et de certaines couches minces. Cependant, des couches minces se forment aux limites de mécanismes fluides plus complexes tels que les tourbillons, les filaments et les fronts. Ces couches minces étaient situées au niveau de la couche de transition, une région de cisaillement et de stratification maximum à la base de la couche mixte.
Contrainte par cisaillement
Un mécanisme de fluide qui contribue à la formation de couches minces est la déformation du fluide par le profil de vitesse cisaillé qui provoque l'inclinaison et la dispersion du fluide horizontalement. Si une plaque de plancton est située au niveau du fluide à cisailler, une couche mince pourrait être formée par la déformation de la plaque par cisaillement de vitesse. Les quatre phases de la distribution du plancton causées par la déformation sont: 1) l'inclinaison, 2) l'amincissement par cisaillement, 3) la décomposition et 4) la dispersion par cisaillement (dissipation).
Piégeage gyrotactique
Un changement brusque des vitesses d'écoulement peut également empêcher certains planctons mobiles de s'orienter ou de nager verticalement. Ce mécanisme fluide est appelé piégeage gyrotactique.
Voir également
Échelles critiques et couches minces