A5 Suppression du mélange et de la stratification excessifs

Topique

Une stratification excessive de l'océan de surface se produit lorsqu'un réchauffement extrême de la surface, ou un apport d'eau douce provenant des rivières ou de la fonte des glaces, crée une couche de mélange peu profonde et très stable qui empêche les échanges verticaux entre cette couche et les eaux sous-jacentes. Cette suppression du mélange vertical a une conséquence directe sur la biogéochimie océanique : la couche de mélange de surface se découple de l'océan subsuperficiel, et ce découplage prive les organismes photosynthétiques vivant près de la surface des nutriments qui, en temps normal, remontent des couches profondes.

Une conséquence indirecte de cette stratification accrue est la désoxygénation de l'océan profond, qui se produit simultanément par deux mécanismes. D'une part, l'océan de surface, déjà plus chaud, retient moins d'oxygène dissous car la solubilité de l'oxygène diminue lorsque la température de l'eau qui le contient augmente. D'autre part, la ventilation réduite causée par la stratification excessive – une moindre quantité d'eau de surface descendant pour alimenter l'océan profond – signifie que la consommation biologique d'oxygène n'est plus compensée par le renouvellement physique de ce même oxygène. Cette combinaison a entraîné une expansion significative des zones de minimum d'oxygène ces dernières décennies, en raison du réchauffement climatique.

En cas de stratification particulièrement extrême, la couche de mélange peut se réduire drastiquement : d'une épaisseur typique de 100 à 150 mètres, elle peut se réduire à seulement 20 à 50 mètres lors des épisodes les plus sévères. Cette réduction d'épaisseur diminue considérablement les échanges de chaleur, de gaz et de nutriments entre l'eau de la couche de mélange et les profondeurs.

Cette même stratification excessive peut produire des couches d'eau de faible densité capables de parcourir des milliers de kilomètres à travers l'océan, loin de leur lieu de formation. Elle peut également créer des barrières de salinité qui flottent sur l'eau plus salée et plus dense située en dessous. Lorsqu'une de ces barrières de salinité devient suffisamment importante, elle supprime complètement la convection hivernale, c'est-à-dire la plongée saisonnière d'eau froide et dense qui ventile normalement les profondeurs océaniques chaque hiver.

L'Arctique constitue aujourd'hui l'exemple le plus frappant de ce processus : l'afflux d'eau douce issu de la fonte des glaces forme une fine couche d'eau presque douce flottant à la surface de l'eau salée sous-jacente. Cette couche, relativement stable, empêche quasiment tout échange de chaleur entre les deux, isolant ainsi les eaux salées profondes de l'Arctique de la chaleur atmosphérique tout au long de l'année. De ce fait, depuis le découplage initial entre la couche de mélange et l'océan subsuperficiel jusqu'à la désoxygénation de l'océan profond, la réduction de l'épaisseur de la couche de mélange et la formation de barrières de salinité, toute cette stratification océanique excessive converge vers un même résultat : un océan de surface de plus en plus isolé de l'océan sous-jacent.

ID:2177